WO2020235375A1 - 表示装置 - Google Patents

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WO2020235375A1
WO2020235375A1 PCT/JP2020/018798 JP2020018798W WO2020235375A1 WO 2020235375 A1 WO2020235375 A1 WO 2020235375A1 JP 2020018798 W JP2020018798 W JP 2020018798W WO 2020235375 A1 WO2020235375 A1 WO 2020235375A1
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WO
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lenticular lens
display
light
optical axis
light emitted
Prior art date
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PCT/JP2020/018798
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English (en)
French (fr)
Inventor
毅 笠原
Original Assignee
日本精機株式会社
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
    • G02B30/27Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30Image reproducers
    • H04N13/302Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
    • H04N13/305Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using lenticular lenses, e.g. arrangements of cylindrical lenses

Definitions

  • the present invention relates to a display device capable of projecting light onto a display unit to provide information.
  • Some vehicles are equipped with a display device (head-up display device) that provides necessary information to the driver (viewer) by projecting light onto a display unit such as a windshield.
  • a display device head-up display device
  • a display unit such as a windshield
  • the display device shown in Patent Document 1 includes a projector that emits light, a screen through which the light emitted from the projector passes, and a case that houses these projectors and the screen. ..
  • the projector is a projector equipped with an optical element such as a DMD (Digital Mirror Device).
  • the screen is a transmissive screen arranged at the imaging position of the light emitted from the projector.
  • the surface through which the light of the screen passes is provided so as to be inclined with respect to the surface from which the light of the projector is emitted. That is, the screen is provided at an angle with respect to the optical axis of the light emitted from the projector.
  • the surface through which the light of the screen passes is provided so as to be inclined with respect to the surface from which the light of the projector is emitted, so that the driver can recognize a deep virtual image.
  • the display device of Patent Document 1 includes a projector, a screen, a folded mirror, a concave mirror, a cover glass, an exterior, and a control unit.
  • the projector projects an image onto a screen, and the image reflected by this screen is magnified by a concave mirror and then emitted to a windshield.
  • the display device is a device for making the viewer recognize information and the like, it is desired that the viewer recognize the virtual image more clearly.
  • An object of the present invention is to provide a display device capable of allowing a viewer to recognize a virtual image more clearly.
  • the invention according to claim 1 comprises a 3D display including a flat display panel in which a plurality of pixels are alternately arranged to emit light, and a lenticular lens in which a plurality of substantially semi-cylindrical cylindrical lenses are arranged in parallel with each other. It has a control unit that controls the light emitted from the 3D display.
  • a display device that projects light emitted from the 3D display onto a display unit to allow a viewer to recognize a virtual image.
  • the lenticular lens is arranged so as to be inclined in the extending direction of the cylindrical lens with respect to the optical axis of the light emitted from the plane display panel.
  • the shape of the exit side surface of the lenticular lens is arcuate in cross section along the optical axis, and is elliptical in plan view of the lenticular lens.
  • the 3D display is preferably a light field display.
  • the lenticular lens is arranged so as to be inclined in the extending direction of the cylindrical lens with respect to the optical axis of the light emitted from the plane display panel.
  • External light incident on the display unit from the outside of the display device is reflected by the lenticular lens. Since the lenticular lens is arranged at an angle with respect to the optical axis, the external light is reflected in a direction different from the light emitted from the plane display panel. As a result, it is possible to suppress the external light from interfering with the light emitted from the flat display panel, and to make the viewer recognize the virtual image more clearly.
  • the shape of the exit side surface of the lenticular lens is elliptical in the plan view of the lenticular lens and arcuate in the cross section along the optical axis.
  • the cross-sectional shape of a general lenticular lens on the light emitting side is an arc shape in a plan view. Therefore, by arranging the lenticular lens at an angle with respect to the optical axis, the cross section along the optical axis becomes an elliptical shape having a semimajor axis larger than the radius of the arc.
  • the shape of the lenticular lens is made elliptical in a plan view so that the cross section along the optical axis is an arc shape. Since the shape of the exit side surface of the lenticular lens is an arc shape in a cross section along the optical axis, lens aberration can be reduced and the sharpness of a stereoscopic image can be improved.
  • the 3D display is a light field display, it can be arranged directly under the windshield (display unit), eliminating the need for a screen arranged at an angle as in the prior art. , The depth along the optical axis can be shortened, and the display device can be miniaturized.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram of the display device according to the Example of this invention. It is a perspective view of the 3D display which concerns on Example. It is a top view of the lenticular lens shown in FIG. It is a figure which shows the cross-sectional shape along the optical axis of the lenticular lens shown in FIG. It is the side view of the 3D display of an Example, and the side view of the 3D display of a comparative example. It is a figure explaining the lenticular lens by the comparative example.
  • the left and right refer to the left and right with respect to the occupant (viewer) in the vehicle
  • the front and rear mean the front and rear with reference to the traveling direction of the vehicle.
  • Le is left
  • Ri right
  • Fr is front
  • Rr rear
  • Up up
  • Dn down.
  • a head-up display is shown as an example of a display device.
  • the display device 10 is mounted on the vehicle Ve, for example, and projects light onto the windshield WS (display unit WS) at the front of the vehicle body.
  • the driver Mn viewer Mn
  • the virtual image V is projected in front of the windshield WS.
  • the upper part of the virtual image V projected by the display device 10 is tilted toward the front side of the vehicle Ve.
  • the driver Mn can obtain necessary information during driving.
  • the display device 10 includes a case 20, a 3D display 30 (light field display 30) housed in the case 20 and emitting light, a plane mirror 40 that reflects light emitted from the 3D display 30, and the plane mirror 40. It has a concave mirror 50 that reflects the reflected light toward the windshield WS, a cover glass 60 arranged above the concave mirror 50, and a control unit 12 that controls the light emitted by the 3D display 30. ..
  • the 3D display 30 is arranged directly under the windshield WS.
  • the case 20 is made of a synthetic resin having a light-shielding property. Therefore, it can be said that the case 20 is a light-shielding portion that prevents light incident on the 3D display 30 from the outside from being reflected inside the vehicle interior. Further, the inner wall 20a of the case 20 can be referred to as a light-shielding portion.
  • a flat display panel 32 in which a plurality of pixels 31 are alternately arranged to emit light and a plurality of semi-cylindrical cylindrical lenses 33 extending in a predetermined direction are arranged side by side. It has a lenticular lens 34.
  • the flat display panel 32 includes, for example, a backlight 32a and a liquid crystal panel 32b, and has a plurality of pixels 31 that emit light toward the cylindrical lens 33.
  • the light emitted by the flat display panel 32 is a bundle of light emitted by each pixel 31.
  • Each pixel 31 is composed of red, green, and blue sub-pixels.
  • the sub-pixels emit light, light is emitted toward each cylindrical lens 33.
  • the brightness, hue, and saturation of the light emitted from the pixel 31 can be made different.
  • the lenticular lens 34 includes, for example, a transparent polycarbonate flat plate-shaped base plate portion 33a, and a cylindrical lens 33 extending in a predetermined direction on the base plate portion 33a and being arranged in plurality in a predetermined direction and through which light emitted from the pixel 31 passes. doing.
  • the predetermined direction in which the cylindrical lens 33 extends is the vertical direction of the viewpoint of the viewer Mn.
  • the plurality of cylindrical lenses 33 extending in the vertical direction in this way are arranged side by side periodically.
  • the lenticular lens 34 is cut on the base plate portion 33a so that vertically long cylindrical lenses 33 that collect light with respect to the cross section are arranged side by side (left and right).
  • the cylindrical lens 33 has a so-called semi-cylindrical shape (D-shape), and the vertically long semi-cylindrical lens 33 arranged side by side becomes the lenticular lens 34.
  • the lenticular lens 34 refracts the light emitted from each pixel 31 in a predetermined direction.
  • the lenticular lens 34 is tilted toward the inner wall 20a so that the external light incident on the lenticular lens 34 from the outside of the case 20 is reflected toward the inner wall 20a as a light-shielding portion.
  • the lenticular lens 34 is made of, for example, fused silica, optical glass, plastic or the like.
  • the base plate portion 33a is provided parallel to the surface of the flat display panel 32 that emits light.
  • the cross-sectional shape of the cylindrical lens 33 on the exit side includes, for example, a convex shape, a spherical shape, an aspherical shape, and the like.
  • Each cylindrical lens 33 is provided corresponding to each pixel 31 and refracts the light emitted from each pixel 31.
  • the light emitted by the 3D display 30 refers to the light emitted from each pixel 31 (planar display panel 32) and passed through the lenticular lens 34. That is, it can be said that the light emitted from each pixel 31 passes through the lenticular lens 34, so that the light is emitted from the 3D display 30.
  • the cross section including the predetermined horizontal axis X (axis extending in the horizontal direction) of the lenticular lens 34 and including the optical axis F of the light emitted from the 3D display 30 is S1.
  • the cross section including the predetermined horizontal axis X (axis extending in the horizontal direction) of the lenticular lens 34 and perpendicular to the lenticular lens 34 is S2.
  • the cross section S2 perpendicular to the cross section S1 including the optical axis F is inclined so as to have an inclination angle ⁇ . That is, the lenticular lens 34 is arranged so as to be inclined so as to have an inclination angle ⁇ in the extending direction of the cylindrical lens 33 with respect to the optical axis F of the light emitted from the plane display panel 32.
  • the flat display panel 32 and the lenticular lens 34 are tilted at the same predetermined angle (tilt angle) ⁇ with respect to the optical axis F.
  • the lenticular lens 34 is located at a position where the flat display panel 32 is translated along the optical axis F, and is set to a size that allows all the light emitted from the flat display panel 32 to pass through.
  • the flat display panel 32 and the lenticular lens 34 are rectangular in front view, and the four rectangular corners of the lenticular lens 34 coincide with the four rectangular corners of the flat display panel 32 along the optical axis F.
  • the lenticular lens 34 By arranging the lenticular lens 34 at an angle of inclination ⁇ with respect to the optical axis F, it is possible to prevent the light reflected on the surface of the 3D display 30 from returning to the viewpoint when the external light G is incident. it can.
  • the tilt angle ⁇ in the schematicly shown drawing is increased, but the actual tilt angle ⁇ is set so that the light reflected on the surface of the 3D display 30 does not return to the viewpoint when the external light G is incident. It is a small angle.
  • the plane mirror 40 is a mirror in which a metal, for example, aluminum is vapor-deposited on a resin, for example, polycarbonate, which is molded so as to have a flat portion, and simply reflects light.
  • the concave mirror 50 is a mirror in which a metal, for example, aluminum is vapor-deposited on a resin, for example, polycarbonate, which is molded so as to have a concave surface, and reflects parallel light so as to collect it.
  • a metal for example, aluminum
  • a resin for example, polycarbonate
  • the cover glass 60 is a transparent resin, for example, a polycarbonate film.
  • the case 20 is a housing that accommodates all the above-mentioned parts.
  • the control unit 12 is composed of a microprocessor, various electronic components for operating the microprocessor, a board, and a case, and processes vehicle information and user input from the outside, and 3D display 30 so as to appropriately display an image based on the processing. To control. Specifically, the control unit 12 controls the direction of the light emitted by the 3D display 30 so that the light that has passed through the lenticular lens 34 is projected onto the windshield WS. That is, the control unit 12 controls the light emitted by each pixel 31 so that the light passing through the lenticular lens 34 goes in a predetermined direction.
  • the driver Mn recognizes that the light emitted from the 3D display 30 is projected onto the windshield WS to project a virtual image V whose angle is tilted forward by ⁇ . In such a virtual image V, a different image is projected for each viewpoint. That is, in order for the driver Mn to visually recognize the deep virtual image V, the 3D display 30 needs to project an image with an appropriate parallax for each viewpoint.
  • the control unit 12 continuously emits light having a different imaging position from one end to the other end of the lenticular lens 34, and each pixel 31 allows the virtual image V whose upper portion is tilted forward to be visually recognized. Controls the light emitted by. Further, the control unit 12 can control the light emitted from each pixel 31 to freely change the imaging position of the light emitted from the lenticular lens 34. As a result, the tilt angle of the virtual image V can be freely changed. By controlling the light emitted from each pixel 31, the control unit 12 projects an arbitrary virtual image V visually recognized by the driver Mn.
  • the exit side surface which is the surface on which light is emitted, has an elliptical shape in the plan view of the lenticular lens 34.
  • the most protruding position of the lenticular lens 34 is the position of the minor axis radius of the ellipse.
  • the cross-sectional shape of the lenticular lens 34 is the cross-sectional shape of the lenticular lens 34 in the cross section S1 including the optical axis F.
  • the cross-sectional shape of the lenticular lens 34 on the exit side is an arc shape with a cross section S1 along the optical axis F.
  • FIG. 5A is a side view of the 3D display 30 of the embodiment, in which the liquid crystal panel 32b and the lenticular lens 34 are arranged at an angle with respect to the optical axis F of the light emitted from the backlight 32a. ..
  • the lenticular lens 34 is arranged parallel to the liquid crystal panel 32b.
  • the vertical line T passing through the center of the liquid crystal panel 32b does not pass through the center of the lenticular lens 34.
  • the line F1 parallel to the optical axis F passing through the upper end portion of the liquid crystal panel 32b passes through the upper end portion of the lenticular lens 34.
  • the line F2 parallel to the optical axis F passing through the lower end portion of the liquid crystal panel 32b passes through the lower end portion of the lenticular lens 34. Therefore, all the light that has passed through the liquid crystal panel 32b passes through the lenticular lens 34.
  • FIG. 5B is a side view of the 3D display 100 of the comparative example, in which the liquid crystal panel 102 and the lenticular lens 103 are arranged at an angle with respect to the optical axis F of the light emitted from the backlight 101. ..
  • the lenticular lens 103 is arranged parallel to the liquid crystal panel 102.
  • the flat display panel 104 is composed of the backlight 101 and the liquid crystal panel 102.
  • the vertical line T passing through the center of the liquid crystal panel 102 passes through the center of the lenticular lens 103.
  • the line F1 parallel to the optical axis F passing through the upper end portion of the liquid crystal panel 102 does not pass through the upper end portion of the lenticular lens 103.
  • the line F2 parallel to the optical axis F passing through the lower end portion of the liquid crystal panel 102 does not pass through the lower end portion of the lenticular lens 103. Therefore, a part of the light that has passed through the liquid crystal panel 102 passes through the lenticular lens 34, and the upper part of the liquid crystal panel 102 and the lower part of the lenticular lens 103 are wasted.
  • FIG. 6A shows a lenticular lens 103 as a comparative example in a plan view.
  • the shape of the lenticular lens 103 on the exit surface side is an arc shape in a plan view.
  • the cross-sectional shape of the lenticular lens 103 of the comparative example is the cross-sectional shape of the lenticular lens 103 in the cross section S1 including the optical axis F.
  • the cross-sectional shape of the lenticular lens 103 on the exit surface side is an elliptical shape having a major axis radius larger than the radius of the arc in the cross-sectional shape S1 along the optical axis F.
  • the shape of the exit side surface of the lenticular lens is an arc shape in a cross section along the optical axis, the lens aberration becomes large and the sharpness of the stereoscopic image is lowered.
  • the stereoscopic image L generated by the 3D display 30 is reflected by the plane mirror 40 to the concave mirror 50, enlarged and reflected by the concave mirror 50 to the cover glass 60, transmitted through the cover glass 60, and is transmitted by the windshield WS. It is enlarged and reflected by the viewer Mn, and is observed as a virtual image V from the viewpoint of the viewer Mn.
  • the four corners of the flat display panel 32 (liquid crystal panel 32b) along the optical axis coincide with the four corners of the lenticular lens 34. Therefore, the light emitted from the flat display panel 32 passes through the lenticular lens 34 without being wasted. That is, the utilization efficiency of the pixel 31 is improved. Further, the lenticular lens 34 also has no wasted portion through which light does not pass. As a result, the flat display panel 32 and the lenticular lens 34 are efficiently used.
  • the lenticular lens 34 is arranged so as to be inclined in the extending direction of the cylindrical lens 33 with respect to the optical axis F of the light emitted from the plane display panel 32.
  • the external light G incident on the display unit from the outside of the display device 10 is reflected by the lenticular lens 34. Since the lenticular lens 34 is arranged at an angle with respect to the optical axis F, the external light G is directed in a direction different from the light emitted from the plane display panel 32 (light along the optical axis F). Is reflected. As a result, it is possible to prevent the external light G from interfering with the light emitted from the plane display panel 32, and to make the viewer recognize the virtual image V more clearly.
  • the shape of the exit side surface of the lenticular lens 34 is an elliptical shape (FIG. 3) in a plan view of the lenticular lens 34, and an arc shape (FIG. 4) in a cross section along the optical axis F.
  • the cross-sectional shape of the general lenticular lens 103 on the light emitting side is an arc shape in a plan view (FIG. 6A). Therefore, by arranging the lenticular lens at an angle with respect to the optical axis, the cross section along the optical axis becomes an elliptical shape having a semimajor axis larger than the radius of the arc (FIG. 6B).
  • the shape of the lenticular lens 34 is made elliptical in a plan view so that the cross section along the optical axis F has an arc shape. Since the shape of the exit side surface of the lenticular lens 34 is an arc shape in a cross section along the optical axis F, the lens aberration is reduced and the sharpness of the stereoscopic image can be improved.
  • the 3D display 30 is a light field display, it can be arranged directly under the windshield WS, eliminating the need for a screen arranged at an angle as in the prior art, and providing a depth along the optical axis.
  • the length can be shortened, and the display device 10 can be downsized.
  • the image of the oblique surface can be adjusted by controlling the position of the light emitting pixel of the flat display panel 32, the mounting tolerance can be relaxed and the manufacturing cost can be reduced.
  • the image data processing method for the head-up display according to the present invention may be applied to a two-wheeled vehicle or a three-wheeled vehicle in addition to a four-wheeled vehicle. Furthermore, it can be applied to vehicles other than vehicles, construction machinery, and the like.
  • the display unit is described as a windshield.
  • the display device according to the present invention can also project light onto a display unit including a so-called combiner.
  • the present invention is not limited to the examples as long as the actions and effects of the present invention are exhibited.
  • the display device of the present invention is suitable for mounting on a vehicle.
  • 10 ... Display device (head-up display), 12 ... Control unit, 30 ... 3D display (light field display), 32 ... Flat display panel, 33 ... Cylindrical lens, 34 ... Wrenchular lens, Mn ... Viewer (driver), Ve ... Vehicle, V ... Virtual image (image), WS ... Display unit (windshield), F ... Optical axis, ⁇ ... Tilt angle, S1 ... Cross section along the optical axis, S2 ... Cross section in plan view.

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Abstract

本発明は、小型化を図ることができる表示装置を提供することを目的とする。 本発明の表示装置(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と、を有する。レンチキュラレンズ(34)は、平面表示パネル(32)から出射される光の光軸(F)に対してシリンドリカルレンズ(33)の延び方向に角度(α)で傾斜して配置されている。レンチキュラレンズ(34)の出射側面の形状が、光軸(F)に沿った断面(S1)で円弧形状であり、且つレンチキュラレンズ(34)の平面視(平面視での断面(S2))で楕円形状である。

Description

表示装置
 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。
特開2016-212338号公報
 表示装置は、視認者に情報等を認識させるための装置であるから、より明確に視認者に虚像を認識させることが望まれる。
 本発明は、視認者に虚像をより明確に認識させる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、前記平面表示パネルから出射される光の光軸に対して前記シリンドリカルレンズの延び方向に傾斜して配置され、
 前記レンチキュラレンズの出射側面の形状が、前記光軸に沿った断面で円弧形状であり、且つ前記レンチキュラレンズの平面視で楕円形状であ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、レンチキュラレンズは、平面表示パネルから出射される光の光軸に対してシリンドリカルレンズの延び方向に傾斜して配置されている。表示装置の外部から表示部内に入射した外光は、レンチキュラレンズによって反射される。レンチキュラレンズが光軸に対して傾斜して配置されていることにより、外光は、平面表示パネルから出射される光とは異なる方向に向かって反射される。これにより、外光が平面表示パネルから出射される光に干渉することを抑制でき、視認者に虚像をより明確に認識させることができる。
 さらに、レンチキュラレンズの出射側面の形状が、レンチキュラレンズの平面視で楕円形状であり、且つ光軸に沿った断面で円弧形状である。ここで、一般的なレンチキュラレンズの光の出射側の断面形状は、平面視で円弧形状である。このため、レンチキュラレンズを光軸に対して傾けて配置することにより、光軸に沿った断面は、円弧の半径よりも大きい長軸半径の楕円形状となる。この点、本発明では、レンチキュラレンズが傾けて配置されることを前提に、レンチキュラレンズの形状を光軸に沿った断面が円弧形状となるよう、平面視において楕円形状とした。レンチキュラレンズの出射側面の形状が、光軸に沿った断面で円弧形状であるので、レンズ収差が小さくなり、立体像の鮮明度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3Dディスプレイの斜視図である。 図2に示されたレンチキュラレンズの平面図である。 図2に示されたレンチキュラレンズの光軸に沿った断面形状を示す図である。 実施例の3Dディスプレイの側面図と、比較例の3Dディスプレイの側面図である。 比較例によるレンチキュラレンズについて説明する図である。
 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、表示装置の一例として、ヘッドアップディスプレイが示されている。表示装置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WS(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Mn(視認者Mn)は、ウィンドシールドWSの前方に虚像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30(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の視点の縦方向である。このように縦方向に延びている複数のシリンドリカルレンズ33は、それぞれ横に周期的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、横断面に関して集光する縦長のシリンドリカルレンズ33が横(左右)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はいわゆるかまぼこ形状(D字状)であり、縦長のかまぼこ形状のシリンドリカルレンズ33が横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の出射側の断面形状は、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。
 また、レンチキュラレンズ34の所定の横軸X(水平方向に延びる軸)を含み、且つ3Dディスプレイ30から出射された光の光軸Fを含む断面はS1である。レンチキュラレンズ34の所定の横軸X(水平方向に延びる軸)を含み、且つレンチキュラレンズ34に対して垂直な断面はS2である。光軸Fを含む断面S1に対して垂直な断面S2は傾斜角αとなるように傾斜している。つまり、レンチキュラレンズ34は、平面表示パネル32から出射される光の光軸Fに対してシリンドリカルレンズ33の延び方向に傾斜角αとなるように傾斜して配置されている。
 また、光軸Fに対し、平面表示パネル32及びレンチキュラレンズ34は同じ所定の角度(傾斜角)αで傾斜している。レンチキュラレンズ34は、平面表示パネル32を光軸Fに沿って平行移動した位置にあり、且つ平面表示パネル32から出射された光が全て通過する大きさに設定されている。平面表示パネル32及びレンチキュラレンズ34は正面視で矩形状であり、光軸Fに沿って、レンチキュラレンズ34の矩形状の四隅は、平面表示パネル32の矩形状の四隅に一致している。
 レンチキュラレンズ34を光軸Fに対して傾斜角αだけ傾斜して配置することにより、外光Gが入射した場合に、3Dディスプレイ30の表面で反射した光が視点に戻らないようにすることができる。なお、便宜上、模式的に示した図面での傾斜角αは大きくしたが、実際の傾斜角αは、外光Gが入射した場合に3Dディスプレイ30の表面で反射した光が視点に戻らないようにする程度の小さな角度である。
 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。ケース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。
 次に実施例に示すレンチキュラレンズ34の断面形状について説明する。
 図3に示すように、レンチキュラレンズ34のうち、光が出射する面である出射側面は、当該レンチキュラレンズ34の平面視において楕円形状を呈する。レンチキュラレンズ34の最も突出した位置は、楕円の短軸半径の位置である。
 図4に示すように、レンチキュラレンズ34の断面形状は、当該レンチキュラレンズ34の光軸Fを含む断面S1での断面形状である。レンチキュラレンズ34の出射側の断面形状は、光軸Fに沿った断面S1で円弧形状である。
 次に実施例に示す3Dディスプレイ30の側面視の状態と、比較例に示す3Dディスプレイ100の側面視の状態とについて説明する。
 図5(a)は実施例の3Dディスプレイ30の側面図であり、バックライト32aから出射されている光の光軸Fに対して、液晶パネル32b及びレンチキュラレンズ34が傾斜して配置されている。液晶パネル32bに対してレンチキュラレンズ34は平行に配置されている。液晶パネル32bの中心を通る垂直線Tは、レンチキュラレンズ34の中心を通っていない。液晶パネル32bの上端部を通る光軸Fと平行な線F1は、レンチキュラレンズ34の上端部を通過している。液晶パネル32bの下端部を通る光軸Fと平行な線F2は、レンチキュラレンズ34の下端部を通過している。このため、液晶パネル32bを通過した光は全てレンチキュラレンズ34を通過する。
 図5(b)は比較例の3Dディスプレイ100の側面図であり、バックライト101から出射されている光の光軸Fに対して、液晶パネル102及びレンチキュラレンズ103が傾斜して配置されている。液晶パネル102に対してレンチキュラレンズ103は平行に配置されている。バックライト101と液晶パネル102とから平面表示パネル104が構成されている。液晶パネル102の中心を通る垂直線Tは、レンチキュラレンズ103の中心を通っている。液晶パネル102の上端部を通る光軸Fと平行な線F1は、レンチキュラレンズ103の上端部を通過していない。液晶パネル102の下端部を通る光軸Fと平行な線F2は、レンチキュラレンズ103の下端部を通過していない。このため、液晶パネル102を通過した光の一部がレンチキュラレンズ34を通過し、液晶パネル102の上部と、レンチキュラレンズ103の下部とが無駄になる。
 次に比較例のレンチキュラレンズ103の断面形状について説明する。
 図6(a)には、平面視における比較例のレンチキュラレンズ103が示されている。レンチキュラレンズ103の出射面側の形状は、平面視において円弧形状である。
図6(b)に示すように、比較例のレンチキュラレンズ103の断面形状は、当該レンチキュラレンズ103の光軸Fを含む断面S1での断面形状である。レンチキュラレンズ103の出射面側の断面形状(シリンドリカルレンズ103bの断面形状)は、光軸Fに沿った断面S1では円弧の半径よりも大きい長軸半径の楕円形状となる。このため、比較例のレンチキュラレンズ103は、レンチキュラレンズの出射側面の形状が光軸に沿った断面で円弧形状であるので、レンズ収差が大きくなり、立体像の鮮明度が低下する。
 次に本発明の作用を説明する。
 図1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。
 図4に示すように、レンチキュラレンズ34の光軸Fに沿った断面S1では、光の出射側のレンチキュラレンズ34の断面形状が円弧形状であるので、レンズ収差が小さくなり、立体像の鮮明度が向上する。
 図2及び図5(a)に示すように、光軸に沿った平面表示パネル32(液晶パネル32b)の四隅とレンチキュラレンズ34の四隅とは一致する。このため、平面表示パネル32から出射された光は無駄になることなくレンチキュラレンズ34を通過する。すなわち、画素31の利用効率が向上する。さらに、レンチキュラレンズ34も光が通過しない無駄になる部分がない。結果、平面表示パネル32及びレンチキュラレンズ34が効率よく使用される。
 次に、本発明の効果を説明する。
 図1及び図2を参照する。レンチキュラレンズ34は、平面表示パネル32から出射される光の光軸Fに対してシリンドリカルレンズ33の延び方向に傾斜して配置されている。表示装置10の外部から表示部内に入射した外光Gは、レンチキュラレンズ34によって反射される。レンチキュラレンズ34が光軸Fに対して傾斜して配置されていることにより、外光Gは、平面表示パネル32から出射される光(光軸Fに沿っている光)とは異なる方向に向かって反射される。これにより、外光Gが平面表示パネル32から出射される光に干渉することを抑制でき、視認者に虚像Vをより明確に認識させることができる。
 図3、図4及び図6を参照する。さらに、レンチキュラレンズ34の出射側面の形状が、レンチキュラレンズ34の平面視で楕円形状(図3)であり、且つ光軸Fに沿った断面で円弧形状(図4)である。ここで、一般的なレンチキュラレンズ103の光の出射側の断面形状は、平面視で円弧形状である(図6(a))。このため、レンチキュラレンズを光軸に対して傾けて配置することにより、光軸に沿った断面は、円弧の半径よりも大きい長軸半径の楕円形状となる(図6(b))。この点、本発明では、レンチキュラレンズ34が傾けて配置されることを前提に、レンチキュラレンズ34の形状を光軸Fに沿った断面が円弧形状となるよう、平面視において楕円形状とした。レンチキュラレンズ34の出射側面の形状が、光軸Fに沿った断面で円弧形状であるので、レンズ収差が小さくなり、立体像の鮮明度を向上させることができる。
 さらに、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。
 さらに、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…表示装置(ヘッドアップディスプレイ)、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)、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)、F…光軸、α…傾斜角、S1…光軸に沿った断面、S2…平面視での断面。

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、前記平面表示パネルから出射される光の光軸に対して前記シリンドリカルレンズの延び方向に傾斜して配置され、
     前記レンチキュラレンズの出射側面の形状が、前記光軸に沿った断面で円弧形状であり、且つ前記レンチキュラレンズの平面視で楕円形状であ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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