JP7441333B2 - ３次元表示装置、画像表示システムおよび移動体 - Google Patents

Description

本開示は、３次元表示装置、画像表示システムおよび移動体に関する。

従来技術の一例は、特許文献１に記載されている。

特開２０１２－１４１３３１号公報

本開示の３次元表示装置は、表示部と、バリア部と、制御部とを備える。表示部は、右眼視認画像および左眼視認画像を含む視差画像を表示可能に構成される。バリア部は、前記視差画像の画像光の進行方向を規定する。制御部は、前記表示部を制御する。制御部は、前記視差画像の視差量に応じて、前記右眼視認画像と前記左眼視認画像との間に黒画像を表示させる。

本開示の画像表示システムは、表示部と、バリア部と、カメラと、検出部と、制御部とを備える。表示部は、右眼視認画像および左眼視認画像を含む視差画像を表示可能に構成される。バリア部は、前記視差画像の画像光の進行方向を規定する。カメラは、利用者の顔を撮像するように構成される。検出部は、前記カメラから出力された撮像画像から利用者の眼の位置を検出するように構成される。制御部は、前記検出部で検出された利用者の眼の位置に応じて前記表示部を制御する。制御部は、前記視差画像の視差量に応じて、前記右眼視認画像と前記左眼視認画像との間に黒画像を表示させる。

本開示の移動体は、表示部と、バリア部と、カメラと、ウィンドシールドと、検出部と、制御部とを備える。表示部は、右眼視認画像および左眼視認画像を含む視差画像を表示可能に構成される。バリア部は、前記視差画像の画像光の進行方向を規定する。カメラは、利用者の顔を撮像するように構成される。ウィンドシールドは、前記視差画像の画像光を利用者の眼に向けて反射する。検出部は、前記カメラから出力された撮像画像から利用者の眼の位置を検出するように構成される。制御部は、前記検出部で検出された利用者の眼の位置に応じて前記表示部を制御する。制御部は、前記視差画像の視差量に応じて、前記右眼視認画像と前記左眼視認画像との間に黒画像を表示させる。

本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。

図１は、本開示の一実施形態に係る移動体の概略構成の一例を示す図である。 図２は、３次元投影装置の概略構成を示す図である。 図３は、表示部の構成例を示す平面図である。 図４は、バリア部の構成例を示す平面図である。 図５は、利用者の眼と表示部とバリア部との関係を示す模式図である。 図６Ａは、視差画像の第１例を説明する図である。 図６Ｂは、視差画像の第２例を説明する図である。 図７は、利用者が視認する虚像の例を示す模式図である。 図８は、視差画像表示処理の一例を示すフローチャートである。 図９は、視差画像表示処理の他の例を示すフローチャートである。

本開示の３次元表示装置の基礎となる３次元表示装置の構成として、表示パネルに表示される画像を、視差バリアを介して利用者の両眼に投影し、立体視を可能とする表示装置が知られている。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明がされる。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必ずしも一致していない。

図１に示されるように、本開示の一実施形態に係る移動体１０は、３次元投影システム１００と、光学部材１５とを備える。３次元投影システム１００は、３次元投影装置１２を含む。移動体１０は、３次元投影システム１００および３次元投影装置１２を搭載しているといえる。

３次元投影装置１２の位置は、移動体１０の内部および外部において任意である。例えば、３次元投影装置１２は、移動体１０のダッシュボード内に位置してよい。３次元投影装置１２は、光学部材１５に向けて画像光を射出するように構成される。

光学部材１５は、３次元投影装置１２から射出された画像光を反射するように構成される。光学部材１５で反射された画像光は、アイボックス１６に到達する。アイボックス１６は、例えば利用者１３の体格、姿勢、および姿勢の変化等を考慮して、利用者１３の眼５が存在しうると想定される実空間上の領域である。アイボックス１６の形状は、任意である。アイボックス１６は、平面的又は立体的な領域を含んでよい。図１に示されている実線の矢印は、３次元投影装置１２から射出される画像光の少なくとも一部がアイボックス１６まで到達する経路を示す。画像光が進む経路は、光路とも称される。利用者１３の眼５がアイボックス１６内に位置する場合、利用者１３は、アイボックス１６に到達する画像光によって、虚像１４を視認可能である。虚像１４は、光学部材１５から眼５に到達する経路を前方に延長した、一点鎖線で示されている線の上に位置する。３次元投影装置１２は、利用者１３に虚像１４を視認させることによって、ヘッドアップディスプレイとして機能しうる。光学部材１５は、ウィンドシールド又はコンバイナ等を含んでよい。本実施形態において、光学部材１５は、ウィンドシールドであるとする。図１において、利用者１３の眼５が並ぶ方向は、ｘ軸方向に対応する。鉛直方向は、ｙ軸方向に対応する。ｘ軸方向およびｙ軸方向に直交する方向は、ｚ軸方向に対応する。

本開示における「移動体」は、例えば車両、船舶、および航空機等を含んでよい。車両は、例えば自動車、産業車両、鉄道車両、生活車両、および滑走路を走行する固定翼機等を含んでよい。自動車は、例えば乗用車、トラック、バス、二輪車、およびトロリーバス等を含んでよい。産業車両は、例えば農業および建設向けの産業車両等を含んでよい。産業車両は、例えばフォークリフトおよびゴルフカート等を含んでよい。農業向けの産業車両は、例えばトラクター、耕耘機、移植機、バインダー、コンバイン、および芝刈り機等を含んでよい。建設向けの産業車両は、例えばブルドーザー、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等を含んでよい。車両は、人力で走行するものを含んでよい。車両の分類は、上述した例に限られない。例えば、自動車は、道路を走行可能な産業車両を含んでよい。複数の分類に同じ車両が含まれてよい。船舶は、例えばマリンジェット、ボート、およびタンカー等を含んでよい。航空機は、例えば固定翼機および回転翼機等を含んでよい。

３次元投影システム１００は、利用者１３の眼５の位置を検出するように構成される検出装置１１をさらに含んでよい。検出装置１１は、利用者１３の眼５の位置を検出し、検出した眼５の位置を３次元投影装置１２に出力するように構成される。３次元投影装置１２は、検出装置１１が検出した利用者１３の眼５の位置に基づいて、投影する画像を制御してよい。検出装置１１の位置は、移動体１０の内部および外部において任意である。例えば、検出装置１１は、移動体１０のダッシュボード内に位置しうる。検出装置１１は、例えば有線、無線、およびＣＡＮ（Controller Area Network）等を介して眼５の位置を
示す情報を３次元投影装置１２へ出力してよい。

検出装置１１は、撮像装置を含んでよい。撮像装置は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを含んでよい。撮像装置は、利用者１３の顔を撮像可能である。撮像装置の撮像範囲は、アイボックス１６を含む。利用者１３は、例えば移動体１０の運転者等を含んでよい。検出装置１１は、撮像装置によって生成された撮像画像に基づいて、実空間における利用者１３の両眼の位置を検出してよい。

検出装置１１は、撮像装置を含まず、撮像装置に接続されてよい。検出装置１１は、撮像装置からの信号を入力する入力端子を含んでよい。この場合、撮像装置は、入力端子に直接的に接続されてよい。検出装置１１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。検出装置１１は、入力端子に入力された映像信号から利用者１３の眼５の位置を検出してよい。

検出装置１１は、例えば、センサを含んでよい。センサは、超音波センサ又は光センサ等であってよい。検出装置１１は、センサによって利用者１３の頭部の位置を検出し、頭部の位置に基づいて、利用者１３の眼５の位置を検出してよい。検出装置１１は、２つ以上のセンサによって、利用者１３の眼５の位置を三次元空間の座標として検出してよい。

図２に示されるように、３次元投影装置１２は、３次元表示装置１７と、光学素子１８とを備える。３次元投影装置１２は、画像表示モジュールとも称される。３次元表示装置１７は、バックライト１９と、表示面２０ａを有する表示部２０と、バリア部２１と、制御部２４とを備える。３次元表示装置１７は、通信部２２をさらに備えてよい。３次元表示装置１７は、記憶部２３をさらに備えてよい。

光学素子１８は、第１ミラー１８ａと、第２ミラー１８ｂとを含んでよい。第１ミラー１８ａおよび第２ミラー１８ｂの少なくとも一方は、光学的なパワーを有してよい。本実施形態において、第１ミラー１８ａは、光学的なパワーを有する凹面鏡であるとする。第２ミラー１８ｂは、平面鏡であるとする。光学素子１８は、３次元表示装置１７に表示された画像を拡大する拡大光学系として機能してよい。図２に示される一点鎖線の矢印は、３次元表示装置１７から射出される画像光の少なくとも一部が、第１ミラー１８ａおよび第２ミラー１８ｂによって反射され、３次元投影装置１２の外部に射出される経路を示す。３次元投影装置１２の外部に射出された画像光は、光学部材１５に到達し、光学部材１５で反射されて利用者１３の眼５に到達する。その結果、利用者１３は、３次元表示装置１７に表示された画像を視認できる。

光学素子１８と光学部材１５とは、３次元表示装置１７から射出させる画像光を利用者１３の眼５に到達させるように構成される。光学素子１８と光学部材１５とは、光学系３０を構成してよい。言い換えれば、光学系３０は、光学素子１８と光学部材１５とを含む。光学系３０は、３次元表示装置１７から射出される画像光を一点鎖線で示されている光路に沿って利用者１３の眼５に到達させるように構成される。光学系３０は、利用者１３に視認させる画像が拡大したり縮小したりするように、画像光の進行方向を制御してよい。光学系３０は、利用者１３に視認させる画像の形状を所定の行列に基づいて変形させるように、画像光の進行方向を制御してよい。

光学素子１８は、例示される構成に限られない。ミラーは、凹面鏡であってよいし、凸面鏡であってよいし、平面鏡であってよい。ミラーが凹面鏡又は凸面鏡である場合、その形状は、少なくとも一部に球面形状を含んでよいし、少なくとも一部に非球面形状を含んでよい。光学素子１８を構成する要素の数は、２つに限られず、１つであってよいし、３つ以上であってよい。光学素子１８は、ミラーに限られずレンズを含んでよい。レンズは、凹面レンズであってよいし、凸面レンズであってよい。レンズの形状は、少なくとも一部に球面形状を含んでよいし、少なくとも一部に非球面形状を含んでよい。

バックライト１９は、利用者１３から見て、表示部２０およびバリア部２１より光路に沿って遠い側に位置する。本開示の以降の記載において、近いおよび遠いの比較表現は、光路に沿った遠近を示すものとする。バックライト１９は、バリア部２１と表示部２０とに向けて光を射出するように構成される。バックライト１９が射出した光の少なくとも一部は、一点鎖線で示されている光路に沿って進行し、利用者１３の眼５に到達する。バックライト１９は、ＬＥＤ（Light Emission Diode）又は有機ＥＬ若しくは無機ＥＬ等の発光素子を含んでよい。バックライト１９は、発光強度、および、その分布を制御可能に構成されてよい。

表示部２０は、表示パネルを含む。表示部２０は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の液晶デバイスであってよい。本実施形態において、表示部２０は、透過型の液晶表示パネルを含むとする。表示部２０は、この例に限られず、種々の表示パネルを含んでよい。

表示部２０は、複数の画素を有し、各画素においてバックライト１９から入射する光の透過率を制御し、利用者１３の眼５に到達する画像光として射出するように構成される。利用者１３は、表示部２０の各画素から射出される画像光によって構成される画像を視認する。

バリア部２１は、入射してくる光の進行方向を規定するように構成される。バリア部２１が、光路に沿って表示部２０よりバックライト１９に近い側に位置する場合、バックライト１９から射出される光は、バリア部２１に入射し、さらに表示部２０に入射する。この場合、バリア部２１は、バックライト１９から射出される光の一部を遮ったり減衰させたりし、他の一部を表示部２０に向けて透過させるように構成される。表示部２０は、バリア部２１によって規定された方向に進行する入射光を、同じ方向に進行する画像光としてそのまま射出するように構成される。表示部２０が、光路に沿ってバリア部２１よりバックライト１９に近い側に位置する場合、バックライト１９から射出される光は、表示部２０に入射し、さらにバリア部２１に入射する。この場合、バリア部２１は、表示部２０から射出される画像光の一部を遮ったり減衰させたりし、他の一部を利用者１３の眼５に向けて透過させるように構成される。

表示部２０とバリア部２１とのどちらが利用者１３の近くに位置するかにかかわらず、バリア部２１は、画像光の進行方向を制御できる。バリア部２１は、表示部２０から射出される画像光の一部を利用者１３の左眼５Ｌおよび右眼５Ｒ（図５参照）のいずれかに到達させ、画像光の他の一部を利用者１３の左眼５Ｌおよび右眼５Ｒの他方に到達させるように構成される。バリア部２１は、画像光の少なくとも一部の進行方向を利用者１３の左眼５Ｌと右眼５Ｒとに分けるように構成される。左眼５Ｌおよび右眼５Ｒはそれぞれ、第１眼および第２眼ともいう。本実施形態において、バリア部２１は、バックライト１９と表示部２０との間に位置する。バックライト１９から射出される光が先にバリア部２１に入射し、進行方向が規定された光が表示部２０に入射する。

バリア部２１によって画像光の進行方向が規定されることによって、利用者１３の左眼５Ｌおよび右眼５Ｒそれぞれに異なる画像光が到達しうる。その結果、利用者１３は、左眼５Ｌおよび右眼５Ｒそれぞれで異なる画像を視認しうる。

本実施形態において、図３に示されるように、表示部２０は、表示面２０ａ上に、第１表示領域２０１と、第２表示領域２０２とを有する。第１表示領域２０１は、利用者１３の左眼５Ｌで視認される左眼視認領域２０１Ｌと、利用者１３の右眼５Ｒで視認される右眼視認領域２０１Ｒとを含む。表示部２０は、第１表示領域２０１に、利用者１３の左眼５Ｌに視認させる左眼視認画像（以下、単に左眼画像という）と利用者１３の右眼５Ｒに視認させる右眼視認画像（以下、単に右眼画像という）とを含む視差画像を表示するように構成される。視差画像は、利用者１３の左眼５Ｌおよび右眼５Ｒそれぞれに投影される画像であって、利用者１３の両眼に視差を与える画像である。表示部２０は、左眼視認領域２０１Ｌに左眼画像を表示し、右眼視認領域２０１Ｒに右眼画像を表示するように構成される。つまり、表示部２０は、左眼視認領域２０１Ｌと右眼視認領域２０１Ｒとに視差画像を表示するように構成される。左眼視認領域２０１Ｌと右眼視認領域２０１Ｒとは、視差方向を表すｕ軸方向に並んでいるとする。左眼視認領域２０１Ｌおよび右眼視認領域２０１Ｒは、視差方向に直交するｖ軸方向に沿って延在してよいし、ｖ軸方向に対して所定角度で傾斜する方向に延在してよい。つまり、左眼視認領域２０１Ｌおよび右眼視認領域２０１Ｒは、視差方向の成分を含む所定方向に沿って交互に並んでいてよい。左眼視認領域２０１Ｌと右眼視認領域２０１Ｒとが交互に並ぶピッチは、視差画像ピッチともいう。左眼視認領域２０１Ｌと右眼視認領域２０１Ｒとは、互いに隣接していてよい。表示部２０は、第２表示領域２０２に平面画像を表示するように構成される。平面画像は、利用者１３の眼５に視差を与えず、立体視されない画像であるとする。第２表示領域２０２は、第１表示領域２０１のような左眼視認領域２０１Ｌおよび右眼視認領域２０１Ｒの区別が無くてよい。

図４に示されるように、バリア部２１は、第１バリア領域２１１と、第２バリア領域２１２とを有する。バリア部２１が利用者１３から見て表示部２０より近い側に位置する場合、バリア部２１は、表示部２０から射出される画像光の透過率を制御するように構成される。第１バリア領域２１１は、表示部２０の第１表示領域２０１に対応し、第１表示領域２０１から射出される視差画像に係る画像光の透過率を制御するように構成される。第１バリア領域２１１は、減光領域２１ａと、透光領域２１ｂとを有する。透光領域２１ｂは、表示部２０からバリア部２１に入射する光を透過させるように構成される。透光領域２１ｂ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。減光領域２１ａは、表示部２０からバリア部２１に入射する光を減光するように構成される。減光領域２１ａは、第２所定値以下の透過率で光を透過させてよい。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。第１所定値は、第２所定値より大きい値に設定されてよい。第１所定値に対する第２所定値の比率は、一例で、１／１００に設定されてよい。第１所定値に対する第２所定値の比率は、他の例で、１／１０００に設定されてよい。

減光領域２１ａと透光領域２１ｂとは、視差方向を表すｕ軸方向に交互に並ぶとする。減光領域２１ａと透光領域２１ｂとの境界は、図４に例示されているように視差方向に直交するｖ軸方向に沿ってよいし、ｖ軸方向に対して所定角度で傾斜する方向に沿ってよい。言い換えれば、減光領域２１ａと透光領域２１ｂとは、視差方向の成分を含む所定方向に沿って交互に並んでよい。

減光領域２１ａおよび透光領域２１ｂの形状は、表示部２０の左眼視認領域２０１Ｌおよび右眼視認領域２０１Ｒの形状に基づいて決定されてよい。逆に言えば、左眼視認領域２０１Ｌおよび右眼視認領域２０１Ｒの形状は、減光領域２１ａおよび透光領域２１ｂの形状に基づいて決定されてよい。

第２バリア領域２１２は、表示部２０の第２表示領域２０２に対応し、第２表示領域２０２から射出される平面画像に係る画像光の透過率を制御するように構成される。第２バリア領域２１２は、領域全体が第３所定値以上の透過率で光を透過させてよい。第３所定値は、第１所定値と同じであってよく、例えば１００％であってよいし、１００％に近い値であってよい。

本実施形態において、バリア部２１は、利用者１３から見て表示部２０より光路に沿って遠い側に位置している。バリア部２１は、バックライト１９から表示部２０に向けて入射する光の透過率を制御するように構成される。透光領域２１ｂは、バックライト１９から表示部２０に向けて入射する光を透過させるように構成される。減光領域２１ａは、バックライト１９から表示部２０に入射する光を減光するように構成される。このようにすることで、第１表示領域２０１に入射する光の進行方向は、所定方向に限定される。その結果、画像光の一部は、バリア部２１によって利用者１３の左眼５Ｌに到達するように制御されうる。画像光の他の一部は、バリア部２１によって利用者１３の右眼５Ｒに到達するように制御されうる。

バリア部２１は、例えば、透光板と、透光板の一方の表面に、視差方向に沿って間隔を空けて位置する減光材と、を含む構成であってよい。透光板は、光を第１所定値以上の透過率で透過させる材料で構成された板状部材である。板状部材は、板状、シート状またはフィルム状などと称される部材を含む。透光板を構成する材料としては、例えば、樹脂材料およびガラス材料などを用いることができる。減光材は、光を第２所定値以下の透過率で透過させる材料で構成される。減光材を構成する材料としては、例えば、樹脂中に光吸収物質が分散されたもの、ガラス中に光吸収物質が分散されたもの、金属材料などを用いることができる。第１バリア領域２１１において、減光材の位置する領域が減光領域２１ａとなり、それ以外の部分が透光領域２１ｂとなる。バリア部２１は、透光板の表面に減光材を貼り付ける、印刷する、蒸着するなど減光材を構成する材料に応じた方法で作製することができる。

制御部２４は、表示部２０を制御するように構成される。制御部２４は、バックライト１９を制御してよい。制御部２４は、検出装置１１から利用者１３の眼５の位置に関する情報を取得し、その情報に基づいて表示部２０またはバックライト１９を制御してよい。制御部２４は、例えばプロセッサとして構成される。制御部２４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。制御部２４は、１つ又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。

通信部２２は、外部装置と通信可能なインタフェースを含んでよい。外部装置は、例えば検出装置１１を含んでよい。通信部２２は、検出装置１１から情報を取得し、制御部２４に出力してよい。本開示における「通信可能なインタフェース」は、例えば物理コネクタ、および無線通信機を含んでよい。物理コネクタは、電気信号による伝送に対応した電気コネクタ、光信号による伝送に対応した光コネクタ、および電磁波による伝送に対応した電磁コネクタを含んでよい。電気コネクタは、ＩＥＣ６０６０３に準拠するコネクタ、ＵＳＢ規格に準拠するコネクタ、又はＲＣＡ端子に対応するコネクタを含んでよい。電気コネクタは、ＥＩＡＪ ＣＰ－１２１ａＡに規定されるＳ端子に対応するコネクタ、又はＥＩＡＪ ＲＣ－５２３７に規定されるＤ端子に対応するコネクタを含んでよい。電気コネクタは、ＨＤＭＩ（登録商標）規格に準拠するコネクタ、又はＢＮＣ（British Naval Connector又はBaby-series N Connector等）を含む同軸ケーブルに対応するコネクタを含んでよい。光コネクタは、ＩＥＣ ６１７５４に準拠する種々のコネクタを含んでよい。無線通信機は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、およびＩＥＥＥ８０２．１ａを含む各規格に準拠する無線通信機を含んでよい。無線通信機は、少なくとも１つのアンテナを含む。

記憶部２３は、各種情報、又は３次元表示装置１７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２３は、例えば半導体メモリ等で構成されてよい。記憶部２３は、制御部２４のワークメモリとして機能してよい。記憶部２３は、制御部２４に含まれてよい。

図５に示されるように、バックライト１９から射出された光は、バリア部２１と表示部２０とを透過して利用者１３の眼５に到達する。バックライト１９から射出された光が眼５に到達するまでの経路は、破線で表されている。バリア部２１の透光領域２１ｂを透過して右眼５Ｒに到達する光は、表示部２０の右眼視認領域２０１Ｒを透過する。つまり、右眼５Ｒは、透光領域２１ｂを透過した光によって右眼視認領域２０１Ｒを視認できる。バリア部２１の透光領域２１ｂを透過して左眼５Ｌに到達する光は、表示部２０の左眼視認領域２０１Ｌを透過する。つまり、左眼５Ｌは、透光領域２１ｂを透過した光によって左眼視認領域２０１Ｌを視認できる。

表示部２０は、右眼視認領域２０１Ｒおよび左眼視認領域２０１Ｌに、それぞれ右眼画像および左眼画像を表示するように構成される。これによって、バリア部２１は、左眼画像に係る画像光を左眼５Ｌに到達させ、右眼画像に係る画像光を右眼５Ｒに到達させるように構成される。つまり、透光領域２１ｂは、左眼画像に係る画像光を利用者１３の左眼５Ｌに到達させ、右眼画像に係る画像光を利用者１３の右眼５Ｒに到達させるように構成される。このようにすることで、３次元表示装置１７は、利用者１３の両眼に対して視差画像を投影できる。利用者１３は、左眼５Ｌと右眼５Ｒとで視差画像を見ることによって、画像を立体視できる。

表示部２０の第２表示領域２０２に表示される平面画像は、利用者１３の眼５に視差を与えない画像であるので、右眼画像および左眼画像の区別がなく、利用者１３の左眼５Ｌと右眼５Ｒとで同じ画像を見ればよい。

バリア部２１の透光領域２１ｂを透過した光は、表示部２０の表示面２０ａから射出されて画像光となり、光学素子１８を介して光学部材１５に到達する。画像光は、光学部材１５で反射されて利用者１３の眼５に到達する。これにより、利用者１３の眼５は、光学部材１５よりｚ軸の負の方向の側に位置する第２虚像１４ｂを視認できる。第２虚像１４ｂは、表示面２０ａが表示している画像に対応する。バリア部２１の透光領域２１ｂと減光領域２１ａとは、光学部材１５の前方であって第２虚像１４ｂのｚ軸の負の方向の側に第１虚像１４ａをつくる。図１に示すように、利用者１３は、見かけ上、第２虚像１４ｂの位置に表示部２０が存在し、第１虚像１４ａの位置にバリア部２１が存在するかのように、画像を視認しうる。

表示面２０ａに表示される画像に係る画像光は、バリア部２１によって規定される方向に向けて、３次元表示装置１７から射出される。光学素子１８は、画像光を反射したり屈折させたりし、光学部材１５に向けて射出するように構成される。光学部材１５は、画像光を反射し、利用者１３の眼５に向けて進行させる。画像光が利用者１３の眼５に入射することによって、利用者１３は、視差画像を虚像１４として視認する。利用者１３は、虚像１４を視認することによって立体視できる。虚像１４のうち視差画像に対応する画像は、視差虚像とも称される。視差虚像は、光学系３０を介して投影される視差画像であるともいえる。虚像１４のうち平面画像に対応する画像は、平面虚像とも称される。平面虚像は、光学系３０を介して投影される平面画像であるともいえる。

利用者１３が立体視している場合において、左眼５Ｌに右眼画像の一部が入射したり、右眼５Ｒに左眼画像の一部が入射したりするクロストークによって、利用者１３が立体視を失うことがある。クロストークは、利用者１３に提供する視差画像の表示品質を低下させる。バリア部２１は、左眼画像を右眼５Ｒに到達させないようにし、右眼画像を左眼５Ｌに到達させないようにする。つまり、減光領域２１ａは、左眼画像に係る画像光を利用者１３の右眼５Ｒに到達させないように、右眼画像に係る画像光を利用者１３の左眼５Ｌに到達させないように構成される。このようにすることで、利用者１３は、左眼５Ｌで左眼画像だけを視認し、右眼５Ｒで右眼画像だけを視認できる。その結果、クロストークを減少させることができる。

表示部２０に表示される視差画像には、実風景を表す視差画像および疑似的な３次元空間を表す視差画像など種々の視差画像が含まれる。このような視差画像においては、１つの視差画像内で視差量が異なる場合がある。例えば、１つの視差画像内では、遠くにある物体ほど視差量が大きく、近くにある物体ほど視差量が小さい。また、例えば、視差画像内に利用者１３に注視させるための文字、イラスト、アイコンなどを表示させる場合がある。この場合、物体の距離とは関係なく、適宜視差量が設定される。表示部２０に表示される視差画像は、視差量が大きいほどクロストークが発生しやすくなる。例えば、視差画像において、近くにある物体を表示する領域は、比較的視差量が小さく、バリア部２１によってクロストークを減少させることができるが、比較的視差量が大きな遠くにある物体を表示する領域では、クロストークが発生し、視差画像の表示品質が低下してしまう。

本実施形態の３次元表示装置１７では、制御部２４が、視差画像の視差量に応じて、右眼画像と左眼画像との間に黒画像を表示させる。クロストークを発生させるのは、例えば、左眼５Ｌに右眼画像の一部が入射してしまうことによる。左眼５Ｌに入射してしまう右眼画像の一部とは、隣接する左眼画像との境界近傍部分である。右眼画像と左眼画像との間に黒画像を表示させることで、左眼５Ｌに入射してしまうはずの右眼画像が黒画像となるので、クロストークが減少する。右眼５Ｒに左眼画像の一部が入射してしまう場合も同様である。また、視差量が大きいほど左眼５Ｌに入射してしまう右眼画像が多くなるので、視差量が大きいほど、表示させる黒画像を大きくすれば、クロストークを減少させることができる。

視差量は、例えば、表示部２０に表示される視差画像を複数の領域に分けた場合に、領域ごとに設定される。上記のように、遠くにある物体を含む領域は比較的大きな視差量が設定され、近くにある物体を含む領域は、比較的小さな視差量が設定される。

右眼画像と左眼画像とは、例えば、１つの画像と、これに対応付けられた距離情報（深度情報）と、に基づいて、制御部２４によって生成されてよい。画像に含まれる各物体（オブジェクト）には、基準位置からの距離（深度）を表す距離情報が設定されている。制御部２４は、この距離情報に従って、各物体の視差量を算出し、算出した視差量に応じて右眼画像と左眼画像とを生成する。制御部２４は、生成した右眼画像を右眼視認領域２０１Ｒに表示させ、生成した左眼画像を左眼視認領域２０１Ｌに表示させるように表示部２０を制御する。

右眼画像と左眼画像とは、例えば、２つの画像に基づいて、制御部２４によって生成されてよい。２つの画像は、ステレオカメラのような２つのレンズを有するカメラによって同時に撮像された２つの画像であってよい。２つの画像は、レンズ位置が異なるように配置した２つのカメラによって同時に撮像された２つの画像であってよい。制御部２４は、２つの画像の一方から右眼画像を切り出し、切り出した右眼画像を右眼視認領域２０１Ｒに表示させる。制御部２４は、２つの画像の他方から左眼画像を切り出し、切り出した左眼画像を左眼視認領域２０１Ｌに表示させる。２つの画像は、同じ被写体（物体）を撮像しても、画像ごとに異なって撮像される。制御部２４は、画像ごとの異なりに基づいて視差量を算出することができる。

図６Ａは、視差画像の第１例を説明する図である。第１例は、視差量が比較的小さい場合であって、黒画像を表示しない例である。視差量が小さいと、バリア部２１によってクロストークが減少するので、黒画像を表示しなくてよい。表示部２０は、ｕ軸方向およびｕ軸方向に直交するｖ軸方向に沿って格子配列される複数のサブピクセル１２０を含む。図６Ａに示す例では、左眼視認領域２０１Ｌおよび右眼視認領域２０１Ｒは、それぞれｕ軸方向に沿って４つのサブピクセル１２０で構成される。左眼視認領域２０１Ｌを構成する４つのサブピクセル１２０をＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４で表す。右眼視認領域２０１Ｒを構成する４つのサブピクセル１２０をＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４で表す。Ｌ４とＲ１とは互いに隣接するサブピクセル１２０であり、Ｌ１とＲ４とは、互いに隣接するサブピクセル１２０である。制御部２４は、生成した左眼画像を左眼視認領域２０１ＬのＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の４つのサブピクセル１２０に表示させる。制御部２４は、生成した右眼画像を右眼視認領域２０１ＲのＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の４つのサブピクセル１２０に表示させる。利用者１３は、左眼５Ｌで左眼画像を視認し、右眼５Ｒで右眼画像を視認する。

図６Ｂは、視差画像の第２例を説明する図である。第２例は、視差量が比較的大きい場合であって、黒画像を表示する例である。視差量が大きいと、バリア部２１を用いてもクロストークが発生してしまうので、黒画像を表示すればよい。制御部２４は、左眼画像を構成するサブピクセル１２０のうち、右眼画像に隣接するサブピクセル１２０の階調を最も暗い階調とする。制御部２４は、右眼画像を構成するサブピクセル１２０のうち、左眼画像に隣接するサブピクセル１２０の階調を最も暗い階調とする。図６Ｂに示す例では、Ｌ１、Ｌ４のサブピクセル１２０およびＲ１、Ｒ４のサブピクセル１２０を最も暗い階調とする。最も暗い階調のサブピクセル１２０は、表示部２０に入射する光の透過率が最も低い階調となり、これらのサブピクセル１２０によって右眼画像と左眼画像との間に黒画像が表示される。視差量が大きい場合に、クロストークを生じさせる要因となるサブピクセル１２０を最も暗い階調として黒画像を表示させることで、クロストークを減少させることができる。

第２例では、右眼画像および左眼画像を構成する４つのサブピクセル１２０のうち、２つのサブピクセル１２０を黒画像表示としている。例えば、視差量が第１例より大きく、第２例より小さい場合は、右眼画像および左眼画像を構成する４つのサブピクセル１２０のうち、１つのサブピクセル１２０を黒画像表示とすればよい。例えば、視差量が第２例より大きい場合は、右眼画像および左眼画像を構成する４つのサブピクセル１２０のうち、３つのサブピクセル１２０を黒画像表示とすればよい。このように、制御部２４は、視差量が大きいほど、表示させる黒画像を大きくしてよい。

図７は、利用者が視認する虚像の例を示す模式図である。本例は、利用者１３が移動体１０の運転者である場合に視認される虚像１４の例である。利用者１３は、ウィンドシールドを通して移動体１０前方の風景を見ており、これに重なるようにして虚像１４が視差虚像として視認される。本例では、虚像１４は、スピードメータを表すイラストおよび各種情報を表すアイコンなどが表示する第１領域１４１と、前方を走行する自動車を認識した線画像など実風景に関連した画像を表示する第２領域１４２と、を含む。第１領域１４１の画像は、利用者１３が注視し易いように、例えば、利用者１３側に浮き上がって見えるように表示すればよく、比較的視差量が小さい。第１領域１４１の画像は、視差量を０としてよい。比較的視差量が小さい場合または視差量が０の場合、制御部２４は、図６Ａに示した第１例のように、右眼画像と左眼画像との間に黒画像を表示しなくてよい。第１領域１４１は、平面虚像として視認されてよい。

第２領域１４２の画像は、前方を走行する自動車など実風景に関連したものであり、距離感が異なるように表示される。表示する物体（オブジェクト）の距離に応じて視差量が異なり、遠くの物体であるほど視差量が大きい。第２領域１４２の画像は、比較的視差量が大きく、制御部２４は、図６Ｂに示した第２例のように、右眼画像と左眼画像との間に黒画像を表示させる。制御部２４は、第２領域１４２において、視差量が大きいほど、表示させる黒画像を大きくしてよい。制御部２４は、第２領域１４２において、視差量が小さい場合または視差量が０の場合、第１領域１４１と同様に、右眼画像と左眼画像との間に黒画像を表示しなくてよい。

利用者１３の眼５の位置に基づく表示部２０の制御について説明する。３次元投影装置１２は、検出装置１１が検出した利用者１３の眼５の位置に基づいて、投影する画像を制御してよい。利用者１３の眼５の位置が変化すると、制御部２４は、表示部２０の左眼視認領域２０１Ｌおよび右眼視認領域２０１Ｒに表示する画像を変化させる。図６Ａに示した例では、左眼視認領域２０１Ｌは、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の４つのサブピクセル１２０で構成され、右眼視認領域２０１Ｒは、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の４つのサブピクセル１２０で構成される。左眼画像の中央位置であるＬ２とＬ３との間を基準位置とし、右眼画像の中央位置であるＲ２とＲ３との間を基準位置とする。制御部２４は、検出装置１１で検出された利用者１３の眼５の位置が、基準位置に対応する位置を含む一定範囲内であれば、左眼視認領域２０１Ｌおよび右眼視認領域２０１Ｒに表示する画像を維持する。制御部２４は、検出装置１１で検出された利用者１３の眼５の位置が、一定範囲外に移動すると左眼視認領域２０１Ｌおよび右眼視認領域２０１Ｒに表示する画像を変化させる。

例えば、視差量に応じて表示させる黒画像がサブピクセル１つ分である場合、制御部２４は、左眼視認領域２０１Ｌにおいて、Ｌ１のサブピクセル１２０を黒表示とし、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の３つのサブピクセル１２０に左眼画像を表示する。左眼画像の中央位置は、Ｌ３のサブピクセル１２０の中央となる。黒画像を表示させない場合の基準位置がＬ２とＬ３との間であったのに対して、黒画像を表示させた場合の基準位置は、Ｌ３のサブピクセル１２０の中央にシフトする。制御部２４は、黒画像を表示させた場合、シフトした基準位置に基づく一定範囲を設定し、検出装置１１で検出された利用者１３の眼５の位置に応じて左眼視認領域２０１Ｌおよび右眼視認領域２０１Ｒに表示する画像を制御すればよい。

図８は、視差画像表示処理の一例を示すフローチャートである。本フローは、制御部２４が、表示部２０に１つの視差画像を表示させる場合の処理であって、このような表示処理が、表示させる視差画像ごとに繰り返し実行される。ステップＡ１で、オブジェクトを含む画像と、オブジェクトに対応付けられた距離情報とが入力されると、制御部２４は、ステップＡ２で、距離情報に基づいて、オブジェクトに対する視差量を算出する。オブジェクトが複数ある場合は、オブジェクトごとに視差量を算出する。ステップＡ３で、制御部２４は、算出した視差量に応じて右眼画像と左眼画像とを生成する。ステップＡ４で、制御部２４は、視差量に応じて黒画像を決定する。ステップＡ５で、制御部２４は、右眼画像、左眼画像および黒画像を含む視差画像を表示部２０に表示させる。

図９は、視差画像表示処理の他の例を示すフローチャートである。本フローは、制御部２４が、表示部２０に１つの視差画像を表示させる場合の処理であって、このような表示処理が、表示させる視差画像ごとに繰り返し実行される。ステップＢ１で、右眼用元画像および左眼用元画像が入力されると、制御部２４は、ステップＢ２で、左眼視認領域２０１Ｌおよび右眼視認領域２０１Ｒの形状に従って、右眼用元画像および左眼用元画像から、右眼画像および左眼画像を切り出す。ステップＢ３で、制御部２４は、切り出した右眼画像および左眼画像を比較して視差量を算出する。ステップＢ４で、制御部２４は、視差量に応じて黒画像を決定する。ステップＢ５で、制御部２４は、右眼画像、左眼画像および黒画像を含む視差画像を表示部２０に表示させる。

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眼と第２眼は、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。

本開示において、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸は、説明の便宜上設けられたものであり、互いに入れ替えられてよい。本開示に係る構成は、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸によって構成される直交座標系を用いて説明されてきた。本開示に係る各構成の位置関係は、直交関係にあると限定されるものではない。

本開示は次の実施の形態が可能である。

本開示の３次元表示装置は、表示部と、バリア部と、制御部とを備える。表示部は、右眼視認画像および左眼視認画像を含む視差画像を表示可能に構成される。バリア部は、前記視差画像の画像光の進行方向を規定する。制御部は、前記表示部を制御する。制御部は、前記視差画像の視差量に応じて、前記右眼視認画像と前記左眼視認画像との間に黒画像を表示させる。

本開示の画像表示システムは、表示部と、バリア部と、カメラと、検出部と、制御部とを備える。表示部は、右眼視認画像および左眼視認画像を含む視差画像を表示可能に構成される。バリア部は、前記視差画像の画像光の進行方向を規定する。カメラは、利用者の顔を撮像するように構成される。検出部は、前記カメラから出力された撮像画像から利用者の眼の位置を検出するように構成される。制御部は、前記検出部で検出された利用者の眼の位置に応じて前記表示部を制御する。制御部は、前記視差画像の視差量に応じて、前記右眼視認画像と前記左眼視認画像との間に黒画像を表示させる。

本開示の移動体は、表示部と、バリア部と、カメラと、ウィンドシールドと、検出部と、制御部とを備える。表示部は、右眼視認画像および左眼視認画像を含む視差画像を表示可能に構成される。バリア部は、前記視差画像の画像光の進行方向を規定する。カメラは、利用者の顔を撮像するように構成される。ウィンドシールドは、前記視差画像の画像光を利用者の眼に向けて反射する。検出部は、前記カメラから出力された撮像画像から利用者の眼の位置を検出するように構成される。制御部は、前記検出部で検出された利用者の眼の位置に応じて前記表示部を制御する。制御部は、前記視差画像の視差量に応じて、前記右眼視認画像と前記左眼視認画像との間に黒画像を表示させる。

本開示の３次元表示装置によれば、クロストークを減少させ、表示品質が改善された視差画像を表示することができる。

本開示の画像表示システムによれば、クロストークを減少させ、表示品質が改善された視差画像を表示することができる画像表示システムを提供することができる。

本開示の移動体によれば、クロストークを減少させ、表示品質が改善された視差画像を表示することができる移動体を提供することができる。

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。

５ 眼（５Ｌ：左眼、５Ｒ：右眼）
１０ 移動体
１１ 検出装置
１２ ３次元投影装置（画像表示モジュール）
１３ 利用者
１４ 虚像（１４ａ：第１虚像、１４ｂ：第２虚像）
１５ 光学部材
１６ アイボックス
１７ ３次元表示装置
１８ 光学素子（１８ａ：第１ミラー、１８ｂ：第２ミラー）
１９ バックライト
２０ 表示部（２０ａ：表示面）
２０１ 第１表示領域
２０１Ｌ 左眼視認領域
２０１Ｒ 右眼視認領域
２０２ 第２表示領域
２１ バリア部（２１ａ：減光領域、２１ｂ：透光領域）
２１１ 第１バリア領域
２１２ 第２バリア領域
２２ 通信部
２３ 記憶部
２４ 制御部
３０ 光学系
１００ ３次元投影システム
１２０ サブピクセル
１４１ 第１領域
１４２ 第２領域

Claims (7)

1. 右眼視認画像および左眼視認画像を含む視差画像を表示可能に構成される表示部と、
   前記視差画像の画像光の進行方向を規定するバリア部と、
   前記表示部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記視差画像の視差量に応じて、前記右眼視認画像と前記左眼視認画像との間に黒画像を表示させる、３次元表示装置。
2. 請求項１記載の３次元表示装置であって、
   前記制御部は、前記視差画像の領域ごとの視差量に応じて、当該領域内の前記右眼視認画像と前記左眼視認画像との間に黒画像を表示させる、３次元表示装置
3. 請求項２記載の３次元表示装置であって、
   前記制御部は、視差量が大きいほど、表示させる黒画像を大きくする、３次元表示装置。
4. 請求項１～３のいずれか１つに記載の３次元表示装置であって、
   前記制御部は、視差量が０の場合、前記右眼視認画像と前記左眼視認画像との間に黒画像を表示しない、３次元表示装置。
5. 請求項１～４のいずれか１つに記載の３次元表示装置であって、
   前記制御部は、前記右眼視認画像または前記左眼視認画像の少なくともいずれかの一部を黒画像に置き換えることで、前記右眼視認画像と前記左眼視認画像との間に黒画像を表示させる、３次元表示装置。
6. 右眼視認画像および左眼視認画像を含む視差画像を表示可能に構成される表示部と、
   前記視差画像の画像光の進行方向を規定するバリア部と、
   利用者の顔を撮像するように構成されるカメラと、
   前記カメラから出力された撮像画像から利用者の眼の位置を検出するように構成される検出部と、
   前記検出部で検出された利用者の眼の位置に応じて前記表示部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記視差画像の視差量に応じて、前記右眼視認画像と前記左眼視認画像との間に黒画像を表示させる、画像表示システム。
7. 右眼視認画像および左眼視認画像を含む視差画像を表示可能に構成される表示部と、
   前記視差画像の画像光の進行方向を規定するバリア部と、
   利用者の顔を撮像するように構成されるカメラと、
   前記視差画像の画像光を利用者の眼に向けて反射するウィンドシールドと、
   前記カメラから出力された撮像画像から利用者の眼の位置を検出するように構成される検出部と、
   前記検出部で検出された利用者の眼の位置に応じて前記表示部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記視差画像の視差量に応じて、前記右眼視認画像と前記左眼視認画像との間に黒画像を表示させる、移動体。