(57)【要約】【課題】解像度の劣化を抑制しつつ結像距離の異なる２画面の表示を行う。【解決手段】画像投影装置１は、投影光射出部１０と、第１光学素子２１と、第２光学素子２２と、光学系２３とを含む。投影光射出部１０は、ｘ方向に沿って第１領域及び第２領域が並ぶ表示面１２を有する。第１光学素子２１は、第１領域からの第１投影光を反射する。第２光学素子２２は、第１光学素子２１で反射された第１投影光を反射し、第２領域からの第２投影光を透過する。光学系２３は、第２光学素子２２で反射された第１投影光及び第２光学素子２２を透過した第２投影光を利用者の視野内に投影する。上記第１方向は、第１投影光及び第２投影光が利用者の視野内に投影されたときの両眼が並ぶ方向に対応する。表示面１２は、１つのピクセルを構成するサブピクセルが第１方向に並び、第１方向と交差する第２方向に異なるピクセルを構成するサブピクセルが並ぶ。【選択図】図１
2019015892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に沿って第１領域及び第２領域が並ぶ表示面を有する投影光射出部と、
前記第１領域からの第１投影光を反射する第１光学素子と、
前記第１光学素子で反射された前記第１投影光を反射し、前記第２領域からの第２投影光を透過する第２光学素子と、
前記第２光学素子で反射された前記第１投影光及び前記第２光学素子を透過した前記第２投影光を利用者の視野内に投影する光学系と、
を有し、
前記第１方向は、前記第１投影光及び前記第２投影光が前記利用者の視野内に投影されたときの両眼が並ぶ方向に対応し、前記表示面は、１つのピクセルを構成するサブピクセルが前記第１方向に並び、前記第１方向と交差する第２方向に異なるピクセルを構成するサブピクセルが並ぶ、画像投影装置。
【請求項２】
前記第１光学素子は、前記第１投影光を前記第１方向に反射する、請求項１に記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記第１投影光は、左眼用の画像を表示する前記第１領域の第１サブピクセルから出射して前記利用者の左眼に投影される第１左投影光と、右眼用の画像を表示する前記第１領域の第２サブピクセルから出射して前記利用者の右眼に投影される第１右投影光とを含む、請求項１又は２に記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記第２投影光は、左眼用の画像を表示する前記第２領域の第１サブピクセルから出射して前記利用者の左眼に投影される第２左投影光と、右眼用の画像を表示する前記第２領域の第２サブピクセルから出射して前記利用者の右眼に投影される第２右投影光とを含む、請求項１又は２に記載の画像投影装置。
【請求項５】
前記第１領域及び前記第２領域の前記サブピクセルは、それぞれ、左眼用の画像を表示する第１サブピクセルと、右眼用の画像を表示する第２サブピクセルとを含み、
前記第１投影光を、前記第１サブピクセルから出射して前記利用者の左眼に投影される第１左投影光と、前記第２サブピクセルから出射して前記利用者の右眼に投影される第１右投影光とに分け、前記第２投影光を、前記第１サブピクセルから出射して前記左眼に投影する第２左投影光と、前記第２サブピクセルから出射して前記右眼に投影する第２右投影光とに分ける第３光学素子を有する、請求項１又は２に記載の画像投影装置。
【請求項６】
前記第３光学素子は、前記第１投影光を前記第１左投影光と前記第１右投影光とに分ける第３領域と、前記第２投影光を前記第２左投影光と前記第２右投影光とに分ける第４領域と、を含む、請求項５に記載の画像投影装置。
【請求項７】
前記第３光学素子は、透光領域のピッチが前記第３領域と前記第４領域とで異なる、請求項６に記載の画像投影装置。
【請求項８】
前記第３光学素子は、サブピクセルに対する透光領域の寸法が前記第３領域と前記第４領域とで異なる、請求項６または７に記載の画像投影装置。
【請求項９】
前記投影光射出部は、前記表示面を照射する光源をさらに備え、該光源が第１領域側の端部に位置する、請求項１から８の何れか一項に記載の画像投影装置。
【請求項１０】
第１方向に沿って第１領域及び第２領域が並ぶ表示面を有する投影光射出部、前記第１領域からの第１投影光を反射する第１光学素子、前記第１光学素子で反射された前記第１投影光を反射し、前記第２領域からの第２投影光を透過する第２光学素子、及び、前記第２光学素子で反射された前記第１投影光及び前記第２光学素子を透過した前記第２投影光を利用者の視野内に投影する光学系を含み、
前記第１方向は、前記第１投影光及び前記第２投影光が前記利用者の視野内に投影されたときの両眼が並ぶ方向に対応し、
前記表示面は、１つのピクセルを構成するサブピクセルが前記第１方向に並び、前記第１方向と交差する第２方向に異なるピクセルを構成するサブピクセルが並び、
前記光学系は、前記第１投影光及び前記第２投影光を、前記利用者のアイボックスに向かって反射するウインドシールドまたはコンバイナを含む画像投影装置
を備える、移動体。
【請求項１１】
前記第１領域及び前記第２領域の前記サブピクセルは、それぞれ、左眼用の画像を表示する第１サブピクセルと、右眼用の画像を表示する第２サブピクセルとを含み、前記画像投影装置は、前記第１投影光を、前記第１サブピクセルから出射して前記利用者の左眼に投影される第１左投影光と、前記第２サブピクセルから出射して前記利用者の右眼に投影される第１右投影光とに分け、前記第２投影光を、前記第１サブピクセルから出射して前記左眼に投影する第２左投影光と、前記第２サブピクセルから出射して前記右眼に投影する第２右投影光と、に分ける第３光学素子を有する、請求項１０に記載の移動体。
【請求項１２】
前記第１領域は、前記移動体を運転する利用者により、前記移動体の前方方向に虚像として視認される、請求項１０又は１１に記載の移動体。
【請求項１３】
前記投影光射出部は光源を有し、該光源は前記移動体の中央側の端部に位置する請求項１０から１２の何れか一項に記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、画像投影装置及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイの表示画面を二つの部分に分割して、それぞれの部分から出射する出射光を重ね合わせて利用者の視野内に投影し、利用者に対して結像距離の異なる２つの虚像として表示する画像投影装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６００４７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
画像投影装置によって表示される画像は、解像度が高いことが望ましい。従来の画像投影装置では、投影される画像が、水平方向に解像度が劣化した画像となることがある。
【０００５】
本開示は、解像度の劣化を抑制しつつ前方方向に結像距離の異なる２画面の表示を行うことができる画像投影装置及び移動体に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の画像投影装置は、投影光射出部と、第１光学素子と、第２光学素子と、光学系とを含む。投影光射出部は、第１方向に沿って第１領域及び第２領域が並ぶ表示面を有する。第１光学素子は、第１領域からの第１投影光を反射する。第２光学素子は、第１光学素子で反射された第１投影光を反射し、第２領域からの第２投影光を透過する。光学系は、第２光学素子で反射された第１投影光及び第２光学素子を透過した第２投影光を利用者の視野内に投影する。上記第１方向は、第１投影光及び第２投影光が利用者の視野内に投影されたときの利用者の両眼が並ぶ方向に対応する。表示面は、１つのピクセルを構成するサブピクセルが第１方向に並び、第１方向と交差する第２方向に異なるピクセルを構成するサブピクセルが並ぶ。
【０００７】
本開示の移動体は、画像投影装置を含む。画像投影装置は、投影光射出部、第１光学素子、第２光学素子、及び、光学系を有する。投影光射出部は、第１方向に沿って第１領域及び第２領域が並ぶ表示面を有する。第１光学素子は、第１領域からの第１投影光を反射する。第２光学素子は、第１光学素子で反射された第１投影光を反射し、第２領域からの第２投影光を透過する。光学系は、第２光学素子で反射された第１投影光及び第２光学素子を透過した第２投影光を利用者の視野内に投影する。上記第１方向は、第１投影光及び第２投影光が利用者の視野内に投影されたときの利用者の両眼が並ぶ方向に対応する。表示面は、１つのピクセルを構成するサブピクセルが第１方向に並び、第１方向と交差する第２方向に異なるピクセルを構成するサブピクセルが並ぶ。光学系は、第１投影光及び第２投影光を、利用者のアイボックスに向かって反射するウインドシールドまたはコンバイナを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の画像投影装置によれば、解像度の劣化を抑制しつつ前方方向に結像距離の異なる２画面の表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に係る画像投影装置を示す図である。
【図２】図２は、図１の画像投影装置をｙ方向から見た図であるである。
【図３】図３は、図１の表示面の画素の配置を説明する図である。
【図４】図４は、従来技術に係る画像投影装置の一例を示す図である。
【図５】図５は、図４の表示面の画素の配置を説明する図である。
【図６】図６は、変形例に係る画像投影装置の表示面の画素の配置を説明する図である。
【図７】図７は、本開示の第２実施形態に係る画像投影装置を示す図である。
【図８】図８は、図７に示す表示部及び第３光学素子を利用者側から見た図である。
【図９】図９は、画像投影装置による立体画像表示を説明する図である。
【図１０】図１０は、左眼に視認される表示面と第３光学素子との配置関係を説明する図である。
【図１１】図１１は、表示面及び第３光学素子の虚像の結像を示す光路図である。
【図１２】図１２は、従来技術による画像投影装置の一例における表示面と第３光学素子との配置関係を説明する図である。
【図１３】図１３は、第３実施形態に係る画像投影装置を示す図である。
【図１４】図１４は、図１３の画像投影装置の第１光学素子が回動した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、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必ずしも一致していない。
【００１１】
（第１実施形態）
本開示の第１実施形態に係る画像投影装置１は、図１及び図２に示されるように、投影光射出部１０と、第１光学素子２１と、第２光学素子２２と凹面鏡２３ａを含む光学系２３とを備える。投影光射出部１０は、表示面１２を有する表示部１１と光源１３を含む照明部１４とを含む。また、照明部１４には、光源１３からの熱を放熱するための放熱フィン１５が設けられている。
【００１２】
表示部１１は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の透過型液晶デバイスまたはＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等の反射型液晶デバイスを備えてよい。この場合、表示面１２は、液晶デバイスの表示面であってよい。表示部１１は液晶デバイスに限られない。表示部１１としては、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ：Field Emission Display）、電気泳動ディスプレイ、ツイストボールディスプレイ等の種々のフラットパネルディスプレイを採用しうる。有機ＥＬディスプレイ等の自発光型の表示パネルを採用した場合、照明部１４は不要としうる。
【００１３】
表示部１１は、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Mirror Device）またはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等のミラーデバイスを備えてよい。この場合、表示面１２は、ミラーの配列面であってよい。表示部１１は、ミラーデバイスから射出される光を結像するスクリーンまたはレンズアレイ等をさらに備えてよい。この場合、表示面１２は、スクリーンであってよいし、レンズアレイの結像面であってよい。
【００１４】
表示面１２に表示された画像は、投影光として出射される。表示面１２から出射した投影光は、後述するように、利用者３３の視野内に投影され虚像を表示する。以下において、表示される虚像において利用者３３の両眼３５が並ぶ方向に対応する、表示面１２上の方向をｘ方向とする。ｘ方向は、第１方向とも呼ぶ。また、表示面１２上のｘ方向と交差する方向をｙ方向とする。ｙ方向は、ｘ方向と直交する方向としてよい。ｙ方向は第２方向とも呼ぶ。さらに、表示面１２の法線方向をｚ方向とする。画像投影装置１は、移動体３２に搭載されうる。利用者３３は、移動体３２内にいる人とすることができる。利用者３３は、移動体３２を運転する運転者でありうる。
【００１５】
照明部１４は、表示面１２を照射する光源１３として、ランプ、ＬＥＤ（Light Emission Diode）、またはレーザ等を備えてよい。照明部１４は、液晶デバイスのバックライトとして用いられてよい。照明部１４は、表示面１２の背面側に表示面１２に対向して２次元的に配列された複数のＬＥＤを含みうる。表示面１２の背面側に表示面１２に対向して配置された複数のＬＥＤを有するバックライトは、直下型バックライトと呼ぶことができる。照明部１４は、表示部１１の何れかの端部側に配列された複数のＬＥＤを含み、導光板により光を表示面１２の背面全体に導光してよい。表示部１１の端部側に配置された複数のＬＥＤを有するバックライトは、サイド型バックライトと呼ぶことができる。照明部１４は、光源１３から射出された光を表示面１２に均一化して照射するために、レンズアレイ、導光板、及び拡散板等を含んで構成されてよい。表示部１１がミラーデバイスの場合、光源１３は、ミラーデバイスへ光を入射するために用いられてよい。
【００１６】
放熱フィン１５は、照明部１４の光源１３に隣接して設けられる。放熱フィン１５は、光源１３により発生する熱を放熱するための多数の突起を有する。これらの突起は板状または棒状としうる。放熱フィン１５は、アルミ等の金属により構成することができる。放熱フィン１５は、ヒートシンクと言い換えることができる。
【００１７】
図３に示すように、表示面１２には、ピクセル１６がｘ方向およびｙ方向にマトリクス状に繰り返し配列されている。１つのピクセル１６は、それぞれ３つのサブピクセル１７を含みうる。３つのサブピクセル１７は、それぞれ、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色を表示する。Ｒ、Ｇ、Ｂの各色を表示する３つのサブピクセル１７は、一組となって１つのピクセル１６（画素）を構成しうる。１つのサブピクセル１７は、ｙ方向に長い矩形形状を有する。サブピクセル１７は、１ピクセルの幅の１／３の幅を有することができる。ｘ方向に並んだ一組のサブピクセル１７は、略正方形のピクセル１６を構成しうる。表示面１２は、１つのピクセル１６を構成するサブピクセル１７がｘ方向に並び、ｘ方向と交差するｙ方向に異なるピクセル１６を構成するサブピクセル１７が並ぶ。
【００１８】
表示部１１の表示面１２は、ｘ方向に沿って並ぶ第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２の２つの領域を有する。言い換えれば、表示部１１の表示面１２は、ｙ方向に延びる仮想的な境界線によって、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とに分割される。図３において仮想的境界線は一点鎖線によって示される。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との間で、ピクセル１６及びサブピクセル１７の配置に差異はない。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２の面積は、等しくても異なってもよい。第１領域Ａ１から出射する投影光を第１投影光Ｌ１と呼ぶ。第２領域Ａ２から出射する投影光を第２投影光Ｌ２と呼ぶ。
【００１９】
図２は、画像投影装置１の投影光射出部１０、第１光学素子２１、第２光学素子２２及び凹面鏡２３ａを、ｙ方向から見た図である。図２に示すように、第１光学素子２１及び第２光学素子２２は、それぞれ、表示部１１の表示面１２を出射した第１投影光Ｌ１及び第２投影光Ｌ２の光路上に位置する。
【００２０】
第１光学素子２１は、表示部１１の表示面１２から出射した第１投影光Ｌ１を、少なくとも部分的に、第２光学素子２２に向けて反射する。第１光学素子２１と第２光学素子２２とは、ｘ方向に並んで配置されうる。第１光学素子２１は、第１投影光Ｌ１を略ｘ方向に反射させることができる。第１光学素子２１は、表示面１２の第１領域Ａ１からの第１投影光Ｌ１を反射するミラーとすることができる。第１光学素子２１は、第１投影光Ｌ１を偏向する反射プリズムとすることができる。
【００２１】
第２光学素子２２は、第１光学素子２１で反射された第１投影光Ｌ１を、少なくとも部分的に、凹面鏡２３ａに向けて反射する。第２光学素子２２は、表示面１２の第２領域Ａ２から出射した第２投影光Ｌ２を、少なくとも部分的に、凹面鏡２３ａに向けて透過させる。第２光学素子２２は、ビームスプリッタ又はハーフミラーとすることができる。
【００２２】
第２光学素子２２で反射された第１投影光Ｌ１、及び、第２光学素子２２を透過した第２投影光Ｌ２は、少なくとも部分的に重なって凹面鏡２３ａに入射する。凹面鏡２３ａは、画像投影装置１の光学系２３に含まれる。画像投影装置１の光学系２３は、凹面鏡２３ａを含む構成に限られない。光学系２３は、凸レンズと平板ミラーとの組合せを含む構成、及び、凹面鏡２３ａを含む複数のミラーを組み合わせた構成も可能である。光学系２３の構成要素の有する正の屈折力は、後述するように利用者３３の視野内に虚像を視認可能に投影する。
【００２３】
上述のように、画像投影装置１は、移動体３２に設けることができる。画像投影装置１は、移動体３２以外に設けられてよい。図１の画像投影装置１は、車両である移動体３２に設けられたものとする。画像投影装置１は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head Up Display）として実装されうる。画像投影装置１の投影光射出部１０、第１光学素子２１、第２光学素子２２、凹面鏡２３ａは、車両である移動体３２のインストルメントパネル内に内蔵されうる。
【００２４】
画像投影装置１の光学系２３は、移動体３２のウインドシールド２４を含みうる。凹面鏡２３ａとウインドシールド２４との間には、第１投影光Ｌ１及び第２投影光Ｌ２が通過可能な開口部が設けられる。第１投影光Ｌ１及び第２投影光Ｌ２は、凹面鏡２３ａを経由して、ウインドシールド２４で利用者３３のアイボックス３４に向かって反射され、利用者３３の眼３５に入射してよい。図１において、ウインドシールド２４で反射され利用者３３の眼３５に向かう第１投影光Ｌ１及び第２投影光Ｌ２の光路は、一点鎖線の矢印によって代表して示される。図１において、ウインドシールド２４の前方方向には、運転者３３が視認する第１虚像ＶＩ１及び第２虚像ＶＩ２とウインドシールド２４との間の見かけ上の投影光の光路が示されている。ウインドシールド２４に代えて、ウインドシールド２４とは独立したコンバイナが使用されうる。コンバイナは、投影光を反射する半透明な板状部材である。コンバイナは、ハーフミラーを用いることができる。アイボックス３４は、例えば利用者３３の体格、姿勢、および姿勢の変化等を考慮して、利用者３３の眼３５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３４の形状は任意である。アイボックス３４は、平面的または立体的な領域を含んでよい。アイボックス３４内に眼３５が存在する場合、アイボックス３４に到達する投影光によって、虚像ＶＩ１，ＶＩ２を視認可能である。
【００２５】
表示部１１は、制御部３０からの信号を受けて画像を生成することができる。画像投影装置１は、制御部３０を含みうる。制御部３０は、画像投影装置１全体を制御することができる。制御部３０は、投影光射出部１０が出射する第１投影光Ｌ１及び第２投影光Ｌ２の強度等を制御する。制御部３０は、光源１３に対して、例えば投影光の強度等を制御する制御情報を出力しうる。表示部１１は、制御部３０以外の外部から表示する画像の信号を受信し、受信した信号に基づいて画像を生成してよい。
【００２６】
制御部３０は、一つまたは複数のプロセッサを含む。制御部３０もしくはプロセッサは、種々の処理のためのプログラム及び演算中の情報を記憶する１つまたは複数のメモリを含んでよい。メモリは、揮発性メモリ及び不揮発性メモリが含まれる。メモリは、プロセッサと独立しているメモリ、及びプロセッサの内蔵メモリが含まれる。プロセッサには、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、特定の処理に特化した専用のプロセッサが含まれる。専用のプロセッサには、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ；Application Specific Integrated Circuit）が含まれる。プロセッサには、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ；Programmable Logic Device）が含まれる。ＰＬＤには、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）が含まれる。制御部３０は、一つまたは複数のプロセッサが協働するＳｏＣ（System-on-a-Chip）、及びＳｉＰ（System In a Package）のいずれかであってよい。
【００２７】
以上のような構成によって、画像投影装置１の使用時において、表示部１１の表示面１２の第１領域Ａ１に表示された画像は、第１投影光Ｌ１として射出される。表示部１１の表示面１２の第２領域Ａ２に表示された画像は、第２投影光Ｌ２として射出される。第１投影光Ｌ１は、第１光学素子２１で反射された後、第２光学素子２２で反射されて凹面鏡２３ａに向かう。第２投影光Ｌ２は、第２光学素子２２を透過して、凹面鏡２３ａ子に向かう。このため、第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２とでは、第１投影光Ｌ１の方が光路長が長くなる。凹面鏡２３ａで反射した第１投影光Ｌ１及び第２投影光Ｌ２は、ウインドシールド４１に反射され、それぞれ、利用者３３の視野内に遠距離側の虚像である第１虚像ＶＩ１、及び、近距離側の虚像である第２虚像ＶＩ２を結像する。
【００２８】
第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２との光路差により、第１虚像ＶＩ１と第２虚像ＶＩ２との視認される前方方向の結像位置が異なる。したがって、画像投影装置１は、利用者３３に視認される結像距離の異なる２つの虚像を投影することができる。なお、「前方方向」は、利用者３３の通常の視線の方向である。移動体３２の場合、「前方方向」は、利用者３３からみてウインドシールド２４を通して前方を意味する。移動体３２の場合、「前方方向」は、移動体３２が通常移動時に進行する方向である。また、「前方方向」に対する反対向きの方向を「後方方向」又は「手前方向」と呼ぶ。
【００２９】
第１虚像ＶＩ１及び第２虚像ＶＩ２は、図３の表示面１２上でのサブピクセル１７の配置と同様に、ｘ方向に１ピクセル１６を構成するサブピクセル１７が並び、ｙ方向に異なるピクセル１６を構成するサブピクセル１７が並ぶ。前述のように、１ピクセル１６は略正方形としうる。したがって、利用者３３に視認される画像のサブピクセル１７の縦横比は、略３：１となる。縦はｙ方向に対応する。横はｘ方向に対応する。したがって、利用者３３に視認される第１虚像ＶＩ１及び第２虚像ＶＩ２は、ｘ方向に画素がより密に並んでいる。言い換えれば、第１虚像Ｖ１１及び第２虚像ＶＩ２は、ｘ方向の分解能が高い。ここで、利用者３３が視認する画像においても、利用者３３の両眼３５の並ぶ方向をｘ方向、これと直交する方向をｙ方向とする。ｘ方向は水平方向と言い換えうる。ｙ方向は鉛直方向と言い換えうる。
【００３０】
図４は、比較のための従来技術に係る画像投影装置１０１の構成例を示す。図４において、図１及び図２の実施形態に係る画像投影装置１の構成要素に対応する構成要素は、画像投影装置１の構成要素の参照符号に、１００を加えた参照符号を付している。画像投影装置１０１の各構成要素は、特に説明しない限り、対応する画像投影装置１の構成要素と同様に構成されうる。画像投影装置１０１では、図５に示すように、遠距離側虚像である第１虚像ＶＩ１'に対応する第１領域Ａ１’及び近距離側虚像である第２虚像ＶＩ２'に対応する第２領域Ａ２’がｙ方向に並ぶ。表示面１１２には、１つのピクセル１１６を構成するサブピクセル１１７がｙ方向に並び、ｘ方向に異なるピクセル１１６を構成するサブピクセル１１７が並ぶ。
【００３１】
画像投影装置１０１では、ミラーである第１光学素子１２１及びハーフミラーである第２光学素子１２２が、それぞれ、第１投影光Ｌ１’および第２投影光Ｌ２’を凹面鏡１２３ａに向けて偏向するように配置される。表示面１１２の第１領域Ａ１’から出射した第１投影光Ｌ１’の少なくとも一部は、第１光学素子１２１で反射され、第２光学素子１２２を透過した後、凹面鏡１２３ａに向かう。また、表示面１１２の第２領域Ａ２’から出射した第２投影光Ｌ２’の少なくとも一部は、第２光学素子１２２で反射され凹面鏡１２３ａに向かう。
【００３２】
凹面鏡１２３ａで反射された第１投影光Ｌ１’及び第２投影光Ｌ２’は、ウインドシールド１２４で反射され、利用者１３３の視野内に第１虚像ＶＩ１'及び第２虚像ＶＩ２’を結像する。
【００３３】
従来技術に係る画像投影装置１０１では、本開示の画像投影装置１とは異なり、サブピクセル１１７の縦横比が１：３となっている。即ち、利用者１３３の両眼１３５の並ぶ方向のサブピクセル１１７の解像度が低い。このため、画像投影装置１０１により表示される第１虚像ＶＩ１’及び第２虚像ＶＩ２’は、利用者１３３に粗い画像であると感じさせる。これに対して、本開示に係る画像投影装置１では、利用者３３の両眼３５の並ぶｘ方向の解像度が高いので、利用者３３に対してより精細であると感じさせる画像を提供することができる。
【００３４】
なお、本開示の実施形態の変形例に係る画像投影装置では、図６に示す表示面１２を有する表示部１１を採用しうる。この表示面１２では、第１虚像ＶＩ１に対応する第１領域Ａ１及び第２虚像ＶＩ２に対応する第２領域Ａ２が、ｙ方向に並ぶ。表示面１２には、１つのピクセル１６を構成するサブピクセル１７がｘ方向に並び、ｙ方向に異なるピクセル１６を構成するサブピクセル１７が並ぶ。図４の画像投影装置１０１と同様に画像投影装置を構成し、図６の表示面１２を有する表示部１１を採用することにより、ｙ方向に比べｘ方向の解像度が高い虚像を表示しうる。
【００３５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る画像投影装置１ａを、図７を用いて説明する。図７の画像投影装置１ａは、利用者３３の左右の眼３５Ｌ，３５Ｒに視差のある画像を投影することにより、立体的な画像表示を行うものである。以下において、視差により立体的に表示された画像を、立体画像と呼ぶ。以下の説明においては、第１実施形態に係る画像投影装置１との差異部分について説明する。第１実施形態と同一または対応する構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００３６】
第２実施形態に係る画像投影装置１ａは、第１実施形態に係る画像投影装置１において、表示部１１と第１光学素子２１及び第２光学素子２２との間に、第３光学素子１８を備える。また、画像投影装置１ａは、利用者３３の両眼３５又は頭部の位置を検出する検出装置３１を有する。
【００３７】
第３光学素子１８は、各サブピクセル１７から射出される投影光の光線方向を規定する光学素子である。第３光学素子１８は、例えば、視差バリアまたはレンチキュラレンズである。第３光学素子１８は、表示面１２の右眼３５Ｒ用の画像を表示するサブピクセル１７からの投影光を右眼３５Ｒに投影し、左眼３５Ｌ用の画像を表示するサブピクセル１７からの投影光を左眼３５Ｌに投影するように、投影光の方向を制御する。第３光学素子１８は、図７に示すよう、表示部１１の投影光の出射側（図において＋ｚ方向）に所定の距離を離して配置することができる。第３光学素子１８は、表示部１１の照明部１４側に配置してもよい。表示面１２と第３光学素子１８とは、平行になるように配置される。適宜表示面１２と第３光学素子１８との間をギャップと呼ぶことができる。
【００３８】
図８は、表示部１１の投影光の出射側に第３光学素子１８が設けられた場合の、第３光学素子１８及び表示面１２を表示面１２側から見た図である。図８に示すように、視差バリアである第３光学素子１８は、交互に配列された投影光を透過させる複数の透光領域１８ａと、投影光を遮光する複数の遮光領域１８ｂとを備える。透光領域１８ａと遮光領域１８ｂとは、ｘｙ面内の所定方向に伸びる複数の帯状領域である。所定方向は、サブピクセル１７の対角線に沿う方向とすることができる。仮に、透光領域１８ａ及び遮光領域１８ｂが、表示面１２のサブピクセル１７の配列されたｙ方向に延びる場合、第３光学素子１８の開口のパターンと、表示部１１が表示する画素パターンとの間にモアレが発生する場合がある。透光領域１８ａ及び遮光領域１８ｂの延びる方向を、ｙ方向に対して傾けることによって、投影される画像においてモアレの発生が低減される。ただし、このことは、透光領域１８ａ及び遮光領域１８ｂが、ｙ方向に延びるように配置されることを排除するものではない。
【００３９】
透光領域１８ａは、遮光領域１８ｂに比べて光透過率が高い。透光領域１８ａは、所定値以上の透過率で光を透過させてよい。この所定値は、例えば１００％であってよいし、１００％未満の値であってよい。遮光領域１８ｂは、第３光学素子１８に入射する光の相当の部分を遮って透過させない領域である。言い換えれば、遮光領域１８ｂは、表示面１２に表示される投影光の光路を遮る。遮光領域１８ｂは、所定値以下の透過率で光を遮ってよい。この所定値は、例えば０％であってよいし、０％より大きく０％に近い値であってよい。
【００４０】
第３光学素子１８は、ｘｙ面内の所定方向に伸びる複数の帯状領域である透光領域１８ａごとに、サブピクセル１７から射出される投影光の伝播方向である光線方向を規定する。第３光学素子１８がサブピクセル１７から射出される投影光の方向を規定することによって、利用者３３の眼３５が視認可能な表示面１２上の領域が定まる。以降において、当該領域は可視領域１２ａと称される。利用者３３の左眼３５Ｌが視認可能な表示面１２上の領域は左可視領域１２ａＬと称される。利用者３３の右眼３５Ｒが視認可能な表示面１２上の領域は右可視領域１２ａＲと称される。
【００４１】
第３光学素子１８は、フィルムまたは板状部材で構成されてよい。この場合、遮光領域１８ｂは、当該フィルムまたは板状部材で構成されうる。透光領域１８ａ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うる。板状部材及びフィルムは、樹脂で構成されてよいし、他の材料で構成されてよい。第３光学素子１８は、フィルムまたは板状部材以外の他の種類の部材で構成されてよい。第３光学素子１８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。第３光学素子１８は、光透過性の高いガラス等の基板上に、遮光領域１８ｂとなる遮光膜を形成したものを採用しうる。
【００４２】
第３光学素子１８は、視差バリアに代えて、レンチキュラレンズ又は液晶シャッターで構成されてよい。第３光学素子１８が、レンチキュラレンズの場合、レンチキュラレンズは、シリンドリカルレンズを、ｘｙ平面内に配列して構成される。レンチキュラレンズは、パララックスバリアと同様に、右眼３５Ｒ用の画像を表示するサブピクセル１７からの投影光を右眼３５Ｒに投影し、左眼３５Ｌ用の画像を表示するサブピクセル１７からの投影光を左眼３５Ｌに投影するように配置される。レンチキュラレンズは、ｙ方向に対して傾けて配置しうる。
【００４３】
第３光学素子１８が液晶シャッターの場合、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うる。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てうる。液晶シャッターである第３光学素子１８は、制御部３０により制御されうる。第３光学素子１８に液晶シャッターを用いることにより、制御部３０は、透光領域１８ａを動的に変化させうる。
【００４４】
第３光学素子１８は、表示面１２の第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２にそれぞれ対向する第３領域Ａ３及び第４領域Ａ４を有する。
【００４５】
検出装置３１は、利用者３３の左眼３５Ｌおよび右眼３５Ｒの位置を検出し、制御部３０に出力する。検出装置３１は、例えば、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）撮像素子を含むカメラを備えてよい。検出装置３１がカメラを含む場合の撮像範囲は、少なくともアイボックス３４を含む。検出装置３１は、カメラによって利用者３３の顔を撮影してよい。検出装置３１は、カメラの利用者３３の顔の像を含む撮影画像から左眼３５Ｌおよび右眼３５Ｒの位置を検出してよい。検出装置３１は、１個のカメラの撮影画像から、左眼３５Ｌおよび右眼３５Ｒ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３１は、２個以上のカメラの撮影画像から、左眼３５Ｌおよび右眼３５Ｒの位置を３次元空間の座標として検出してよい。
【００４６】
検出装置３１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３１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３１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３１は、入力端子に入力された映像信号から左眼３５Ｌおよび右眼３５Ｒの位置を検出してよい。
【００４７】
検出装置３１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３１は、センサによって利用者３３の頭部の位置を検出し、頭部の位置に基づいて左眼３５Ｌおよび右眼３５Ｒの位置を検出してよい。検出装置３１は、１個または２個以上のセンサによって、左眼３５Ｌおよび右眼３５Ｒの位置を３次元空間の座標として検出してよい。
【００４８】
画像投影装置１ａは、検出装置３１を備えなくてよい。画像投影装置１ａが検出装置３１を備えない場合、画像投影装置１ａ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。制御部３０は、装置外の検出装置から取得した左眼３５Ｌおよび右眼３５Ｒの位置を示す位置座標が入力されてよい。制御部３０は、位置座標に基づいて、左眼３５Ｌ及び右眼３５Ｒの移動距離を算出してよい。
【００４９】
図９及び図１０を用いて、画像投影装置１ａによる立体画像の表示方法を説明する。図９および図１０は、簡単のために表示面１２の第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２、第３光学素子１８の第３領域Ａ３及び第４領域Ａ４、並びに、第１投影光Ｌ１及び第２投影光Ｌ２を区別しない図である。図９及び図１０は、表示面１２の第１領域Ａ１を出射して、第３光学素子１８の第３領域Ａ３を通る第１投影光Ｌ１、及び、表示面１２の第２領域Ａ２を出射して、第３光学素子１８の第４領域Ａ４を通る第２投影光Ｌ２の双方に当てはまる。また、図９では、第１光学素子２１、第２光学素子２２、凹面鏡２３ａ、ウインドシールド２４等を省略して光路を直線的に描いている。
【００５０】
制御部３０は、検出装置３１により検出された利用者３３の左眼３５Ｌ及び右眼３５Ｒの位置に応じて、表示部１１の表示面１２に表示される画像を制御する。基準位置において、表示面１２には、ｘ方向において、左眼３５Ｌ用の画像を表示する第１サブピクセル１７ａと右眼３５Ｒ用の画像を表示する第２サブピクセル１７ｂが、２画素ずつ交互に配置される。図９において、サブピクセルＰ１，Ｐ２は第１サブピクセル１７ａである。また、サブピクセルＰ３，Ｐ４は第２サブピクセル１７ｂである。
【００５１】
利用者３３の左眼３５Ｌは、破線で示すように、第３光学素子１８の透光領域１８ａを通して、表示面１２上の左可視領域１２ａＬに部分的に含まれる第１サブピクセル１７ａ（Ｐ１，Ｐ２）を見ることができる。利用者３３の右眼３５Ｒは、実線で示すように、第３光学素子１８の透光領域１８ａを通して、表示面１２上の右可視領域１２ａＲに部分的に含まれる第２サブピクセル１７ｂ（Ｐ３，Ｐ４）を見ることができる。これによって、利用者３３は、左眼３５Ｌと右眼３５Ｒとで異なる画像を視認しうる。言い換えれば、第１サブピクセル１７ａから出射した投影光が利用者３３の左眼３５Ｌに投影され、第２サブピクセル１７ｂから出射した投影光が利用者３３の右眼３５Ｒに投影される。制御部３０は、第１サブピクセル１７ａと第２サブピクセル１７ｂとに、視差を有する画像を表示させることにより、利用者３３に対して立体画像を視認させることができる。
【００５２】
表示面１２の第１領域Ａ１の第１サブピクセル１７ａから出射して左眼３５Ｌに投影される投影光を、第１左投影光と呼び、第１領域Ａ１の第２サブピクセル１７ｂから出射して右眼３５Ｒに投影される投影光を、第１右投影光と呼ぶ。また、表示面１２の第２領域Ａ２の第１サブピクセル１７ａから出射して左眼３５Ｌに投影される投影光を、第２左投影光と呼び、第２領域Ａ２の第２サブピクセル１７ｂから出射して右眼３５Ｒに投影される投影光を、第２右投影光と呼ぶ。第１投影光Ｌ１は、第１左投影光と第１右投影光とを含む。第２投影光Ｌ２は、第２右投影光と第２左投影光とを含む。
【００５３】
第３光学素子１８の第３領域Ａ３は、第１投影光Ｌ１を、第１サブピクセル１７ａから出射して利用者３３の左眼３５Ｌに投影される第１左投影光と、第２サブピクセル１７ｂから出射して利用者３３の右眼３５Ｒに投影される第１右投影光とに分ける。第３光学素子１８の第４領域Ａ４は、第２投影光Ｌ２を、第１サブピクセル１７ａから出射して左眼３５Ｌに投影される第２左投影光と、第２サブピクセル１７ｂから出射して右眼３５Ｒに投影される第２右投影光とに分ける。
【００５４】
図１０を用いて、表示面１２に表示される第１サブピクセル１７ａ及び第２サブピクセル１７ｂの配置の一例を説明する。図１０は、利用者３３の左眼３５Ｌから見た表示面１２及び第３光学素子１８を示す。ただし、説明のため第３光学素子１８の背後に位置し、第３光学素子１８に隠される表示面１２上のサブピクセルが、図中に表示されている。利用者３３は、拡大虚像として表示部１１及び第３光学素子１８を見る。図１０のサブピクセル１７の配置は一例であって、視差バリアである第３光学素子１８の透光領域１８ａ及び遮光領域１８ｂの傾き、幅等の種々の条件に応じて、種々の配置が可能になる。
【００５５】
図１０に示す表示面１２上には、第１サブピクセル１７ａであるサブピクセルＰ１，Ｐ２と第２サブピクセル１７ｂであるサブピクセルＰ３，Ｐ４を一組として、ｘ方向にサブピクセルＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が繰り返し配置される。図１０において、サブピクセルＰ１，Ｐ２には左眼３５Ｌ用の画像を表示することを示す符号「Ｌ」が付され、サブピクセルＰ３，Ｐ４には右眼３５Ｒ用の画像を表示することを示す符号「Ｒ」が付されている。また、表示面１２上で−ｙ方向に一列ずれた行には、＋ｘ方向に１サブピクセルずらして、サブピクセルＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が繰り返し配置されている。図１０において、第１サブピクセル１７ａと第２サブピクセル１７ｂとの境界が、強調して表示される。
【００５６】
図１０の表示面１２上には、左眼３５Ｌから見ることのできる第３光学素子１８が重ねて表示されている。左可視領域１２ａＬは、左眼３５Ｌが視認可能な表示面１２上の領域である。左不可視領域１２ｂＬは、第３光学素子１８の遮光領域１８ｂに遮られることによって、利用者３３の左眼３５Ｌによって視認することのできない領域である。左可視領域１２ａＬのｘ方向の幅である透光幅Ｗ１は、サブピクセル１つ分の横幅となっている。透光幅Ｗ１は、第３光学素子１８の透光領域１８ａの幅に対応する。左不可視領域１２ｂＬのｘ方向の幅である遮光幅Ｗ２は、サブピクセル３つ分の横幅となっている。遮光幅Ｗ２は、第３光学素子１８の遮光領域１８ｂの幅に対応する。本例示の画像投影装置１ａのバリア開口率は、２５％となる。本実施形態では、バリア開口率を２５％とすることによって、より大きいバリア開口率（例えば、５０％）の場合と比べ、クロストークの発生を抑制している。クロストークとは、利用者３３の左眼３５Ｌに右眼３５Ｒ用の画像の一部が視認され、及び／又は、右眼３５Ｒに左眼３５Ｌ用の画像の一部が視認されることを意味する。
【００５７】
利用者３３の左眼３５Ｌ及び右眼３５Ｒの位置が水平方向に変化すると、左眼３５Ｌ及び右眼３５Ｒから見ることのできる表示面１２と第３光学素子１８との相対的な位置関係が変化する。図１０のようにクロストークの発生しない左眼３５Ｌ及び右眼３５Ｒの位置を基準位置とする。図１０の状態から、第３光学素子１８がｘ方向に変位すると、サブピクセルＰ３の一部が左可視領域１２ａＬに含まれる。一方、サブピクセルＰ１の左不可視領域１２ｂＬに含まれる部分が増加する。制御部３０は、検出装置３１から取得した左眼３５Ｌ及び右眼３５Ｒの位置に応じて、クロストークを最小とするように、サブピクセルＰ１〜Ｐ４に表示する画像を、左眼３５Ｌ用の画像と右眼３５Ｒ用の画像との間で切り替えてよい。
【００５８】
画像投影装置１ａは、表示面１２の第１領域Ａ１の第１サブピクセル１７ａから出射した第１左投影光が、利用者３３の視野内の遠距離側の第１虚像ＶＩ１の結像位置に左眼３５Ｌ用の画像を投影する。また、表示面１２の第１領域Ａ１の第２サブピクセル１７ｂから出射した第１右投影光が、利用者３３の視野内の遠距離側の第１虚像ＶＩ１の結像位置に右眼３５Ｒ用の画像を投影する。これらは、視差を有する立体画像としての第１虚像ＶＩ１を、利用者３３の視野内に結像させる。
【００５９】
また、画像投影装置１ａは、表示面１２の第２領域Ａ２の第１サブピクセル１７ａから出射した第２左投影光が、利用者３３の視野内の近距離側の第２虚像ＶＩ２の結像位置に左眼３５Ｌ用の画像を投影する。また、表示面１２の第２領域Ａ２の第２サブピクセル１７ｂから出射した第２右投影光が、利用者３３の視野内の近距離側の第２虚像ＶＩ２の結像位置に右眼３５Ｒ用の画像を投影する。これらは、視差を有する立体画像としての第２虚像ＶＩ２を、利用者３３の視野内に結像させる。
【００６０】
第３光学素子１８の第３領域Ａ３は、第１虚像ＶＩ１に後方方向に隣接する位置、即ち、利用者３３から見て第１虚像ＶＩ１の手前側に、第３虚像ＶＩ３として投影される。実際には、利用者３３に対して第３虚像ＶＩ３の存在は視覚的に認識されない。利用者３３は、第１虚像ＶＩ１の位置に拡大された表示面１２の第１領域Ａ１があり、第３虚像ＶＩ３の位置に拡大された第３光学素子１８の第３領域Ａ３が存在するかのように、画像を観察する。
【００６１】
第３光学素子１８の第４領域Ａ４は、第２虚像ＶＩ２の後方方向に隣接する位、置即ち、利用者３３から見て第２虚像ＶＩ２の手前側に、第４虚像ＶＩ３として投影される。実際には、利用者３３に対して第４虚像ＶＩ４の存在は視覚的に認識されない。利用者３３は、第２虚像ＶＩ２の位置に拡大された表示面１２の第２領域Ａ２があり、第４虚像ＶＩ４の位置に拡大された第３光学素子１８の第４領域Ａ４が存在するかのように、画像を観察する。
【００６２】
制御部３０は、表示面１２の第１領域Ａ１の第１サブピクセル１７ａ及び第２サブピクセル１７ｂに、利用者３３により視認される第１虚像ＶＩ１の結像位置に近い比較的遠距離に対応した視差を生成する立体画像を表示させる。制御部３０は、表示面１２の第２領域Ａ２の第１サブピクセル１７ａ及び第２サブピクセル１７ｂに、利用者３３により視認される第２虚像ＶＩ２の結像位置に近い比較的近距離に対応した視差を生成する立体画像を表示させる。制御部３０は、第１虚像ＶＩ１の結像位置と第２虚像ＶＩ２の結像位置との間の位置に相当する視差を有する画像を、第１領域Ａ１または第２領域Ａ２の何れかの第１サブピクセル１７ａ及び第２サブピクセル１７ｂに表示させてよい。第１実施形態に係る画像投影装置１では、第１虚像ＶＩ１の結像位置及び第２虚像ＶＩ２の結像位置にのみ画像を表示できた。本実施形態では、第１虚像ＶＩ１の結像位置及び第２虚像ＶＩ２の結像位置に虚像を投影しながら、これら２地点までの距離以外の距離感を与える立体画像を表示することが可能になる。視差による距離を有する立体画像を、第１虚像ＶＩ１及び第２虚像ＶＩ２のうち、視差による距離が虚像の結像する距離に近い方に表示させることにより、画像投影装置１ａは、広い距離範囲の立体画像を違和感なく表示しうる。
【００６３】
図１１の光路図は、利用者３３の眼３５から視認される、表示面１２の第１領域Ａ１及び第３光学素子１８の第３領域Ａ３の、それぞれの虚像ＶＩ１及びＶＩ３の結像を示す。図中Ｆは凹面鏡２３ａの焦点位置である。表示面１２の第１領域Ａ１は、符号「１２（Ａ１）」により示される。第３光学素子１８の第３領域Ａ３は、符号「１８（Ａ３）」により示される。また、図１１は、利用者３３の眼３５から観察される、表示面１２の第２領域Ａ２及び第３光学素子１８の第４領域Ａ４の、それぞれの虚像ＶＩ２及びＶＩ４の結像を示す。表示面１２の第２領域Ａ２は、符号「１２（Ａ２）」により示される。第３光学素子１８の第４領域Ａ４は、符号「１８（Ａ４）」により示される。眼３５から、表示面１２の第１領域Ａ１までの距離と、表示面１２の第２領域Ａ２までの距離との違いは、第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２との光路差によるものである。同様に、眼３５から、第３光学素子１８の第３領域Ａ３までの距離と、第３光学素子１８の第４領域Ａ４までの距離との違いは、第１投影光Ｌ１と第２投影光Ｌ２との光路差によるものである。
【００６４】
図１１に示すように、眼３５から等しい画角で同じ大きさに見える表示面１２の虚像ＶＩ１及びＶＩ２を観察する場合、実体のとしての第３光学素子１８の第３領域Ａ３（１８（Ａ３））と第３光学素子１８の第４領域Ａ４（１８（Ａ４））との寸法が異なる。図１１において、両者の高さは僅かに異なっている。また、遠距離側の表示面１２の虚像ＶＩ１と第３光学素子１８の虚像ＶＩ３との間のギャップｇ１と、近距離側の表示面１２の虚像ＶＩ２と第３光学素子１８の虚像ＶＩ４との間のギャップｇ２は異なる。このため、第３光学素子１８は、第３領域Ａ３と第４領域Ａ４との間で適視距離を異ならせるために、異なる視差バリアのピッチを採用しうる。適視距離は、立体画像を観察するのに適する、第３光学素子１８と利用者３３の眼３５との間の距離である。眼３５の基準位置と第３虚像ＶＩ３との間、及び、眼３５の基準位置と第４虚像ＶＩ４との間の距離は、適視距離になるよう設計される。
【００６５】
適視距離をｄ、利用者３３の眼間距離をＥ、サブピクセル１７の水平方向の長さをＨｐ、ギャップをｇ、水平方向に並ぶ第１サブピクセル１７ａの個数をｎ（本実施形態ではｎ＝２）、第３光学素子１８の視差バリアのピッチをＢｐとするとき、適視距離は次の式から求められる。
Ｅ：ｄ＝（ｎ×Ｈｐ）：ｇ                                              式（１）
ｄ：Ｂｐ＝（ｄ＋ｇ）：（２×ｎ×Ｈｐ）                                式（２）
適視距離ｄおよび虚像における見かけ上のギャップｇ１，ｇ２の違いにより、第３光学素子１８の第３領域Ａ３と第４領域Ａ４との間では、透光領域１８ａ及び遮光領域１８ｂのピッチが異なりうる。また第３光学素子１８の第３領域Ａ３と第４領域Ａ４との間では、透光領域１８ａのｘ方向及びｙ方向の寸法が異なりうる。
【００６６】
本実施形態によれば、表示面１２は、サブピクセル１７がｘ方向に並び、ｘ方向と交差するｙ方向に異なるピクセル１６を構成するサブピクセル１７が並んでいるので、第３光学素子１８の透光領域１８ａ及び遮光領域１８ｂの幅を狭くすることができる。このため、表示される虚像ＶＩ１、ＶＩ２の解像度を高くすることができる。
【００６７】
図４及び図５に示したように従来技術による画像投影装置１０１では、表示面１１２においてサブピクセル１１７のｘ方向の幅がｙ方向の幅よりも大きくなる。この表示面１１２に、第２実施形態の第３光学素子１８と同じバリア開口率及び同じ透光領域１８ａの傾きを有する第３光学素子１１８を適用した場合、透光幅Ｗ３及び遮光幅Ｗ４は図１２に示すようになる。図１２において、サブピクセルＰ１〜Ｐ１８は、左眼１３５Ｌ用の画像を表示する第１サブピクセル１１７ａである。サブピクセルＰ１９〜Ｐ３６は、右眼１３５Ｒ用の画像を表示する第２サブピクセル１１７ｂである。サブピクセル１１７の縦横比が１：３のとき、透光幅Ｗ３は、図１０のようにサブピクセル１７をｘ方向に対してｙ方向の幅が広くなるように配置した場合の透光幅Ｗ１の３倍となる。また、同様に、遮光幅Ｗ４は、第２実施形態の図１０のようにサブピクセル１７をｘ方向に対してｙ方向の幅が広くなるように配置した場合の遮光幅Ｗ４の３倍となる。このため、図１２のサブピクセル１１７の配置では、視差に基づく立体画像の表示を行う場合、解像度が非常に悪くなる。これに対して、本実施形態の透光領域１８ａ及び遮光領域１８ｂは、幅を狭くすることができるので、解像度の高い画像を表示することができる。
【００６８】
（第３実施形態）
図１３及び図１４を用いて第３実施形態に係る画像投影装置１ｂについて説明する。以下に、画像投影装置１ｂの第２実施形態に係る画像投影装置１ａと異なる部分について説明する。第２実施形態に係る画像投影装置１ａの構成要素と同一の構成要素は、同一参照符号を付して説明を省略する。
【００６９】
図１３にｙ方向から見た図を示すように、画像投影装置１ｂは、投影光射出部１０ａの照明部１４ａに、直下型バックライトに代えて、サイド型バックライトを採用する。照明部１４ａは、表示部１１、第３光学素子１８、第１光学素子２１ａ，第２光学素子２２及び凹面鏡２３ａとともに、車両である移動体３２のインストルメントパネル内に配置される。
【００７０】
照明部１４ａの光源１３ａ及び放熱フィン１５ａは、表示面１２の第１領域Ａ１側（第１投影光Ｌ１を射出する側）の端部に位置する。表示面１２の第１領域Ａ１は、移動体３２のセンターコンソール側に位置する。移動体３２のセンターコンソールは、移動体３２の進行方向を向いた状態で、左右方向の中央に位置する。移動体３２のインストルメントパネル内においては、進行方向を向いた状態で端側よりも、中央側の方が機器を配置する空間の余裕が大きい。光源１３ａ及び放熱フィン１５ａをセンターコンソール側に設けることによって、画像投影装置１ｂの設計及び配置が容易になる。
【００７１】
画像投影装置１ｂは、さらに、固定配置された第１光学素子２１に代えて、第１状態と第２状態との間で移動可能な第１光学素子２１ａを備える。移動には回動及び平行移動を含む。第１光学素子２１ａは、第１及び第２実施形態の第１光学素子２１と同様に、ミラーのような反射光学素子である。第１光学素子２１ａは、ステッピングモータ等の駆動装置を用いて、ｙ方向に沿う一方の端部を回転軸として回動されうる。駆動装置は、制御部３０によって制御することができる。
【００７２】
図１３は、第１光学素子２１ａが、表示面１２の第１領域Ａ１を出射した第１投影光Ｌ１の光路内に配置された、第１光学素子２１ａの第１状態を示す。この状態では、第１光学素子２１ａは、第２実施形態と同様に第１投影光Ｌ１を第２光学素子２２に向けて反射させる。その結果、画像投影装置１ｂは、第２実施形態と同様に、結像する距離の異なる立体画像である第１虚像ＶＩ１と第２虚像ＶＩ２とを、利用者３３の視野内に表示することができる。
【００７３】
図１４は、図１３の状態から第１光学素子２１ａが回動し、第１投影光Ｌ１の光路と干渉しない状態となった第１光学素子２１ａの第２状態を示す。この状態では、第１投影光Ｌ１は、第１光学素子２１ａに反射されることなく、第２投影光Ｌ２と並進して投影される。第１投影光Ｌ１及び第２投影光Ｌ２は、凹面鏡２３ａ及びウインドシールド２４を経由して、利用者３３の視野内に投影される。その結果、利用者３３の視野内には、近距離側の第２虚像ＶＩ２が視認される距離に、水平方向に約２倍の大きさを有する大画面の虚像が表示される。
【００７４】
第１光学素子２１ａは、第２光学素子２２に対して、移動体３２の中央側、即ち、センターコンソール側に位置することができる。駆動部を有する第１光学素子２１ａを、空間的な余裕のあるセンターコンソール側に設けることによって、画像投影装置１ｂの設計及び設置が容易になる。
【００７５】
なお、第１光学素子２１ａの移動は、回動するものに限られない。例えば、第１光学素子２１ａは、ｙ方向に平行移動することによって、第１投影光Ｌ１の光路に挿入および第１投影光Ｌ１の光路から離脱するように構成してよい。
【００７６】
本実施形態に係る画像投影装置１ｂによれば、視認される投影距離の異なる第１虚像ＶＩ１及び第虚像ＶＩ２の２画面による表示と、第２虚像ＶＩ２の距離での大画面による１画面の表示とを切り替えることが可能になる。また、照明部１４ａの光源１３ａ及び放熱フィン１５ａ、並びに、第１光学素子２１ａを、移動体３２の中央側に配置したので、設計及び配置が容易となる。
【００７７】
上述の各実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態及び実施例によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形及び変更が可能である。例えば、照明部は光源を有するものとしたが、画像投影装置は、外部の光源からの光を受けて表示部を照明してよい。また、第２実施形態において、透光領域と遮光領域とは、サブピクセルの対角線方向に延びるものとしたが、これに限られない。透光領域及び遮光領域は傾けずにｙ方向に沿う方向に延びるようにしてもよい。透光領域及び遮光領域の延びる方向は、表示面のｙ方向に対して、種々の傾きに設定することができる。上記実施形態では、表示面を２つに分割して利用者から見て２つの異なる距離に虚像を表示するものとしたが、表示画面は３つ以上に分割して、３つ以上の距離の異なる虚像を表示することも可能である。また、上記実施形態では、画像投影装置は移動体に搭載されるものとしたが、本開示の画像投影装置は、他の用途にも採用しうる。例えば、本開示の画像投影装置は、遊戯機器、運転等のシミュレーション装置等種々の装置に搭載することができる。
【００７８】
本開示において「第１」及び「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」及び「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光学素子は、第２光学素子と識別子である「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」及び「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に利用してはならない。
【００７９】
本開示における「車両」には、自動車、軌道車両、産業車両、及び生活車両を含むが、これに限られない。例えば、車両には、滑走路を走行する飛行機を含めてよい。自動車は、乗用車、トラック、バス、二輪車、及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。軌道車両は、機関車、貨車、客車、路面電車、案内軌道鉄道、ロープウエー、ケーブルカー、リニアモーターカー、及びモノレールを含むがこれに限られず、軌道に沿って進む他の車両を含んでよい。産業車両は、農業及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、及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、及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、及びロードローラを含むが、これに限られない。生活車両には、自転車、車いす、乳母車、手押し車、及び電動立ち乗り２輪車を含むが、これに限られない。車両の動力機関は、ディーゼル機関、ガソリン機関、及び水素機関を含む内燃機関、並びにモーターを含む電気機関を含むが、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。
【符号の説明】
【００８０】
１，１ａ，１ｂ    画像投影装置
１０    投影光射出部
１１    表示部
１２    表示面
１２ａ    可視領域
１２ａＬ    左可視領域
１２ａＲ    右可視領域
１３，１３ａ    光源
１４，１４ａ    照明部
１５，１５ａ    放熱フィン
１６    ピクセル
１７    サブピクセル
１７ａ    第１サブピクセル
１７ｂ    第２サブピクセル
１８    第３光学素子
１８ａ    透光領域
１８ｂ    遮光領域
２１，２１ａ    第１光学素子
２２    第２光学素子
２３    光学系
２３ａ    凹面鏡
２４    ウインドシールド
３０    制御部
３１    検出装置
３２    移動体
３３    利用者
３５    眼
３５Ｌ    左眼
３５Ｒ    右眼
Ｌ１    第１投影光
Ｌ２    第２投影光
Ａ１    第１領域
Ａ２    第２領域
Ａ３    第３領域
Ａ４    第４領域
ＶＩ１    第１虚像（遠距離側虚像）
ＶＩ２    第２虚像（近距離側虚像）
Ｗ１，Ｗ３    透光幅
Ｗ２，Ｗ４    遮光幅
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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