(57)【要約】【課題】観察者の観察負担を軽減しつつ、視認性の良い画像表示装置を提供する。【解決手段】表示装置１０は、表示デバイス１１０と、視差バリア１０３と、制御部１０４と、第１ミラー１２１と第２ミラー１２２と、を備える。表示デバイス１１０は、視差量を有する右目用画像と左目用画像を表示する。視差バリア１０３は、光を右目方向左目方向に振り分ける。制御部１０４は、視差量を変化させる。第１ミラー１２１は表示デバイスからの光を反射する。第２ミラー１２２は第１ミラーからの光を反射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者に虚像を視認させる画像表示装置であって
視差量を有する右眼用画像と左眼用画像を出力する表示部と、
前記表示部の出力に基づく光を右眼方向と左眼方向とに振り分ける光学部材と、
前記視差量と、前記右眼用画像及び前記左眼用画像のどちらか一方の輝度とを変化させる制御部とを備え、
前記制御部は、視差量を有する画像を観察者に提示する第１のモードと、どちらか一方の片目に画像を提示する第２のモードとを切り替え可能であり、
前記制御部は、前記第１のモードから前記第２のモードに切り替える場合、前記右眼用画像及び前記左眼用画像のどちらか一方の輝度を徐々に減衰させ、前記第２のモードから前記第１のモードに切り替える場合は、減衰させた輝度を徐々に増加させる、画像表示装置。
【請求項２】
前記制御部はさらに、前記第１のモードから前記第２のモードに切り替える場合には前記視差量を徐々に増加させ、前記第２のモードから前記第１のモードに切り替える場合には視差量を徐々に減少させる、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１のモードから前記第２のモードに切り替わるタイミングに、前記右眼用画像及び前記左眼用画像のどちらか一方の輝度を０とし、前記視差量を所定の視差量まで増加させる、請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第２のモードから前記第１のモードに切り替わるタイミングに、前記右眼用画像の輝度と前記左眼用画像の輝度を等しくし、前記視差量を所定の視差量まで減少させる、請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
移動体に搭載されることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記移動体に設けられるウインドシールドに前記表示部の出力に基づく光を投射する、請求項５に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、フラットパネルディスプレイを用いて視差画像を提示する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、移動体に搭載される表示装置であって、フロントガラスを投映板として用いてヘッドアップディスプレイを構成する表示装置を開示する。この表示装置は、映像情報を含む光束を生成する光束生成部と、光束生成部により生成された光束を反射する反射体と、光束を右目および左目の両方又はどちらかの片眼に投映する投映部と、所定の表示領域に光束を出射する方向制御部とを備える。これにより、ヘッドアップディスプレイにおいて両眼および単眼の切り替えができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７２５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、観察者の観察負担を軽減しつつ、視認性の良い画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示における表示装置は、視差量を有する右眼用画像と左眼用画像を出力する表示部と、表示部の出力に基づく光を観察者の右眼方向、左眼方向に振り分ける光学部材と、視差量を変化させる制御部と、表示部からの出力に基づく光の少なくとも一部を反射する反射部とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
本開示における画像表示装置は、観察者の観察負担を軽減しつつ、視認性の良い画像を提供するのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１及び２における立体画像表示装置の構成を示す概略断面図
【図２】実施の形態１及び２における表示デバイスを説明するための概略断面図
【図３】実施の形態１及び２における視点位置と虚像および立体視像の位置関係を説明するための概略図
【図４】実施の形態１における輝度の変化及び実施の形態２における輝度と視差量の変化を示すグラフ
【図５】本開示の立体画像表示装置を搭載した車両の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【０００９】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１０】
（実施の形態１）
以下、図１〜２を用いて、実施の形態１を説明する。
【００１１】
［１−１．ヘッドアップディスプレイシステムの構成］
図１は、実施の形態１に係る表示装置１０の断面を示している。表示装置１０は、筐体１００と、表示デバイス１１０と、視差バリア１０３と、光学系１２０と、マイクロコンピュータ等の制御部１０４とを備えている。表示デバイス１１０と、視差バリア１０３と、光学系１２０と、制御部１０４とは、筐体１００内に設けられている。表示装置１０は、例えば車両のダッシュボード内部に配置され、筐体１００内部に配置される表示デバイス１１０が表示する画像を、ウインドシールド２２０を介して、車両内部の観察者Ｄに虚像Ｉとして提示する。筐体１００は、画像を投射するための開口１０２を有する。この開口１０２には透明のカバーが設けられていてもよい。光学系１２０は、第１ミラー１２１と、第２ミラー１２２とを備えている。制御部１０４は、表示デバイス１１０が出力する画像の輝度と、右目用画像及び左眼用画像の視差量とを制御する。
【００１２】
実施の形態１では、表示デバイス１１０が表示する画像が、第１ミラー１２１、第２ミラー１２２、ウインドシールド２２０によって順に反射され、光路Ｘに沿って、観察者Ｄの視点領域３００に導かれる。表示デバイス１１０が表示した画像は、観察者Ｄによって虚像Ｉとして視認される。
【００１３】
表示デバイス１１０には、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機発光ダイオード（エレクトロルミネッセンス）、プラズマディスプレイなどが用いられる。実施の形態１において、第１ミラー１２１は、表示デバイス１１０の鉛直方向の上方に設けられる。第１ミラー１２１の反射面は、第２ミラー方向に向けられている。
【００１４】
図２は、表示デバイス１１０と視差バリア１０３の構成図である。視差バリア１０３は、ガラス基板（図示せず）に例えばクロムなどの遮光材料を蒸着させて構成される。視差バリア１０３は、ガラス基板上に１次元的にストライプ状に形成される。遮光材料が蒸着されない部分が開口部１５１として構成される。
【００１５】
表示デバイス１１０は、Ｒ（ＲＥＤ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各サブ画素からなる画素を有している。実施の形態１では、各画素が、左目用画素１１１と右目用画素１１２として交互に割り当てられる。
【００１６】
視差バリア１０３は、開口部１５１を有しており、開口部１５１によって、表示デバイス１１０から出射した光の配向が制御され、左眼用画素１１１から出射した光は左眼１３１に、右眼用画素１１２から出射した光は右眼１３２に到達する。これにより、観察者Ｄに視差のある画像を提示することができる。
【００１７】
また、図３に示すように、右目用画像と左目用画像の視差量Ｑを変化させることで、輻輳角θが視差量Ｑに応じて変化し、観察者Ｄに提示される虚像Ｉの立体視距離Ｌを変化させることが出来る。なお、視差量Ｑは以下の［数１］で表される。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
ただし、
ＬＩ：観察者Ｄから虚像Ｉまでの距離
Ｓ：観察者Ｄの右眼と左眼の間隔
である。
【００２０】
［１−２．動作］
以上のように構成された表示装置１０の動作を以下説明する。
【００２１】
実施の形態１では、表示装置１０は、表示モードとして、第１のモード（両眼観察モード）と第２のモード（単眼観察モード）を有する。第１のモードは、左眼用画素１１１と右眼用画素１１２に画像を表示するモードである。第２のモードは、左眼用画素１１１のみに画像を表示し右眼用画素１１２には画像を表示せず、観察者Ｄの左眼のみに画像が提示するモードである。
【００２２】
ここで、人が立体視距離Ｌを認知する因子を説明する。
【００２３】
立体視には、両眼立体視と単眼立体視とがある。両眼立体視は、両眼を使って立体感を得る能力である。単眼立体視は、どちらか一方の片眼を使って立体感を得る能力である。両眼立体視における立体視因子としては、輻輳と視差とがある。単眼立体視における立体視因子には、遮蔽、相対的な大きさ、相対的な密度、視界における高さ、運動視差、空気遠近、水晶体の焦点調節がある。両眼立体視因子は、視距離が近い間は、その立体視における寄与率が高いが、反対に距離が遠くなるにつれて、寄与率が低下する。一方、単眼立体視因子における遮蔽、相対的な大きさ、相対的な密度は、視距離が変わっても寄与率が変化しない。また、空気遠近は視距離が遠くなるにしたがい寄与率が増加する。視界における高さ、運動視差に関しても、立体視距離に係わらず、両眼立体視因子よりも寄与率が高い。従って、立体視距離が遠い状態では、単眼立体視因子が画像の立体視距離を認知する上で支配的となる。
【００２４】
本実施の形態では、観察者Ｄの立体視距離が５０ｍ以下の場合、第１のモードを用いて、両眼立体視因子及び単眼立体視因子によって、立体視距離を変化させる。５０ｍより遠い場合には第２のモードを用いて単眼立体視因子のみを利用して立体視距離を変化させる。
【００２５】
例えば、図５に示すように、本開示の表示装置１０を搭載した車両２００が道路を走行しているときに、観察者Ｄから３ｍ離れた位置にある車両を車載カメラが検知する。検知した情報に基づき制御部１０４が第１のモードで立体視距離Ｌが３ｍの位置にマーカーを表示する。車載カメラが検知している車両の速度が変化して、対象車両から、例えば、５０ｍ以上離れた場合、制御部１０４は、マーカーの表示モードを、第１のモードから第２のモードに切り替える。図４に実線で示すように、第１のモードから第２のモードに切り替える際、制御部１０４は、右眼用画素１１２の輝度を徐々に低下させる。右目用画素１１２の輝度が０になると、完全に第２のモードに切り替わる。
【００２６】
また、立体視距離Ｌが５０ｍ以上の位置にマーカーを表示した状態において、車載カメラが検知している車両の速度が変化して、対象車両から５０ｍ以内に近づいた場合、制御部１０４は、マーカーの表示モードを、第２のモードから第１のモードに切り替える。第２のモードから第１のモードに切り替える際、制御部１０４は、右眼用画素１１２の輝度を徐々に増加させる。右目用画素１１２の輝度が左目用画像の輝度と等しくなると、完全に第１のモードに切り替わる。
【００２７】
輝度の変化のさせ方としては、連続的に輝度を変化させる方法に限らず、段階的に輝度を変化させる方法であってもよい。また、輝度を変化させる速さや段階の数は、自動車の速度や加速度、観察者の年齢、マーカーが示す対象の種類（例えば、標識や前方の車や通行人等）や位置、観察者の連続運転時間による観察者の疲労度等によって決定される。すなわち、自動車の速度が速い場合、輝度を変化させる早さを早くする。反対に、速度が遅い場合、輝度の変化の早さを遅くする。観察者Ｄの年齢が高い場合、焦点を合わせるスピードが衰えるため、輝度の変化の早さを遅くする。反対に、観察者Ｄの年齢が若い場合、輝度の変化を早くする。本開示の表示装置が示すマーカーが車両前方に飛び出してきた人や車両であるような緊急の事態を示す場合、輝度の変化を早くする。
【００２８】
［１−３．効果等］
以上のように、実施の形態１において、画像表示装置１０は、観察者Ｄの視距離が５０ｍ以下の場合は第１のモードを用いて、５０ｍより遠い場合は第２のモードを用いる。そしてモード切替時には、右眼用画素１１２の輝度を連続的に徐々に変換させる。
【００２９】
前段落に記載の通り、画像表示装置１０は、観察者Ｄの視距離に応じて第１のモードと第２のモードを徐々に切り替える。これにより、観察者Ｄが負担や違和感を覚えることなく第１のモード（両眼観察モード）と第２のモード（単眼観察モード）の切り替えが可能となる。
【００３０】
（実施の形態２）
以下、図１〜２を用いて、実施の形態２を説明する。
【００３１】
［２−１．構成］
実施の形態２における表示装置の構成は、図１〜３に示す、実施の形態１と同じである。実施の形態２の表示装置１０について、その動作を以下説明する。
【００３２】
［２−２．動作］
実施の形態１と同様に、実施の形態２の表示装置１０は、表示モードとして、第１のモード（両眼観察モード）と第２のモード（単眼観察モード）を有する。第１のモードは、左眼用画素１１１と右眼用画素１１２とに画像を表示するモードである。第２のモードは、左眼用画素１１１のみに画像を表示し右眼用画素１１２には画像を表示せず、観察者Ｄの左眼のみに画像を提示するモードである。
【００３３】
本実施の形態では、実施の形態１と同様に観察者Ｄの視距離が５０ｍ以下の場合、第１のモードを用いて、両眼立体視因子及び単眼立体視因子によって、立体視距離を変化させる。５０ｍより遠い場合には第２のモードを用いて単眼立体視因子のみを利用して立体視距離を変化させる。
【００３４】
例えば、観察者Ｄから３ｍ離れた位置にある車両を車載カメラ（図示せず）が検知する。検知した情報に基づき制御部１０４が第１のモードで立体視距離Ｌが３ｍの位置にマーカーを表示する。車載カメラが検知している車両の速度が変化して、例えば、５０ｍ以上離れた場合、制御部１０４は、表示しているマーカーのモードを、第１から第２のモードに切り替える。
【００３５】
実施の形態１と同様に、図４の実線に示すように、第１のモードから第２のモードに切り替える際、右眼用画素１１２の輝度を徐々に低下させる。右目用画素１１２の輝度が０になると、完全に第２のモードに切り替わる。
【００３６】
また、本実施の形態では、第１のモードから第２のモードに切り替える際、輝度の変化と同時に視差量Ｑを徐々に変化させる。具体的には、立体視距離Ｌが３ｍでの表示装置１０の視差量をθ１とする。また、立体視距離Ｌが１００ｍの位置にマーカー等を第１モードで表示した場合の視差量をθ２とする。本実施の形態では、実施の形態１の輝度の変化と同様に、θ１からθ２に視差量を徐々に増加させる。輝度と視差量の変化の関係として、輝度が０に減少するタイミングと視差量がθ２に増加するタイミングを同時にする。
【００３７】
逆に、第２のモードから第１のモードに切り替える際、右目用画像の輝度を徐々に増加させると共に、視差量Ｑを徐々に減少させる。具体的には、立体視距離Ｌが１００ｍから３ｍに変化する場合、θ２からθ１に視差量を徐々に減少させる。輝度と視差量の変化の関係として、右目用画像の輝度と左目用画像の輝度が等しくなるタイミングと視差量がθ１に減少するタイミングを同時にする。
【００３８】
輝度及び視差量は、連続的に変化させてもよいし、段階的に変化させてもよい。また、輝度及び視差量を変化させる速さや、段階の数としては、自動車の速度や、観察者の年齢、マーカーが示す対象の種類（例えば、標識や前方の車、通行人等）や位置、観察者の連続運転時間による観察者の疲労度等によって決定される。具体的には、実施の形態１と同様の速さで輝度および視差量を変化させる。
【００３９】
［２−３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、画像表示装置１０は、観察者Ｄの視距離が５０ｍ以下に場合は第１のモードを用いて、５０ｍより遠い場合は第２のモードを用いる。そしてモード切替時には、右眼用画素１１２の輝度及び視差量Ｑを徐々に変換させる。実施の形態２では、モード切替時に、輝度だけでなく、視差量も変化させている。これにより、輝度のみを変化させた場合に比べて、観察者にとって、より負担や違和感なく、モードの切り替えが可能となる。
【００４０】
前段落に記載の通り、画像表示装置１０は、観察者Ｄの立体視距離Ｌに応じて第１のモードと第２のモードを徐々に切り替える。これにより、観察者Ｄが負担や違和感を覚えることなく第１のモード（両眼観察モード）と第２のモード（単眼観察モード）の切り替えが可能となる。
【００４１】
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１から２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１〜２で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
【００４２】
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
【００４３】
実施の形態１及び２では、画像を投映する手段としてウインドシールドを用いた例を説明した。しかし、投映手段は、画像を虚像として観察者に提示させることができればよく、ウインドシールドの代わりにコンバイナを用いてもよい。
【００４４】
また、実施の形態１及び２では、立体画像を表示する手段として、ディスプレイデバイス上に視差バリアを用いた空間分割方式の表示デバイスを用いた例を説明した。しかし、立体画像を表示する手段は、空間分割方式の表示デバイスに限られず、左右の目に交互に画像を提示する時分割方式の表示デバイスを用いても実現できる。
【００４５】
また、実施の形態１及び２では、左右の目にそれぞれ視差画像を提供する手段の一例として視差バリアを用いて説明した。しかし、視差バリアの代わりに、レンチキュラレンズや液晶レンズを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本開示は、移動体に搭載され、提示する画像や移動体の周囲の状況、観察者に応じて単眼立体視と両眼立体視の切り替えが可能な立体画像表示装置に適用可能である。具体的には、ヘッドアップディスプレイなどに、本開示は適用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  表示装置
１００  筐体
１０２  開口
１０３  視差バリア
１０４  制御部
１１０  表示デバイス
１１１  左目用画素
１１２  右目用画素
１２０  光学系
１２１  第１ミラー
１２２  第２ミラー
１３１  左目
１３２  右目
１５１  開口部
２００  車両
２１０  ダッシュボード
２２０  ウインドシールド
３００  視点領域
Ｄ  観察者
Ｉ  虚像
Ｘ  光路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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