(57)【要約】      （修正有）【課題】より視認性を向上させた虚像表示装置、ヘッドアップディスプレイシステムを提供する。【解決手段】虚像表示装置は、第１の視差画像を表示する第１の画素と、第２の視差画像を表示する第２の画素とを有する表示パネルと、使用者の視野内に光学的な虚像として画像を表示させる光学系と、を備え、以下の条件を満足する。2016048344.tif 000008ここで、θ：使用者の眼が第１（または、第２）の視差画像の虚像において、第１（または、第２）の画素を見る方向と、第１（または、第２）の画素に隣り合う画素を見る方向とで為す角度（分）、ｍ：前記光学系により前記虚像を表示させる倍率、Ｐ：前記第１の画素及び前記第２の画素の配列ピッチ（ｍｍ）、Ｌ：前記使用者の眼から前記虚像までの距離（ｍｍ）である。【選択図】図１
2016048344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の視差画像を表示する第１の画素と、第２の視差画像を表示する第２の画素とを有する表示パネルと、
前記表示パネルの出力に基づいて、使用者の視野内に光学的な虚像として画像を表示させる光学系と、を備え、
以下の条件を満足する虚像表示装置：
【数５】
2016048344.tif 000007
ここで、
θ：前記使用者の眼が前記第１の視差画像の虚像において、前記第１の画素を見る方向と、前記第１の画素に隣り合う画素を見る方向とで為す角度（分）、または、前記使用者の眼が前記第２の視差画像の虚像において、前記第２の画素を見る方向と、前記第２の画素と隣り合う画素を見る方向とで為す角度（分）、
ｍ：前記光学系により前記虚像を表示させる倍率、
Ｐ：前記第１の画素及び前記第２の画素の配列ピッチ（ｍｍ）、
Ｌ：前記使用者の眼から前記虚像までの距離（ｍｍ）である。
【請求項２】
請求項１に記載の虚像表示装置を搭載した乗物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はヘッドアップディスプレイシステム、虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ−Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＨＵＤ）のように、車両に乗った運転手から見た前景に、運転を支援するための補助情報を描画した画像を虚像として重畳表示する技術が知られている。そして、特許文献１に開示のように、左眼用虚像及び右眼用虚像の視差量を変更して左右両眼のそれぞれで視認させ、融像させることにより、運転手から見た虚像の表示距離を変更する虚像表示装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０１１４４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、より視認性を向上させた虚像表示装置、ヘッドアップディスプレイシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、虚像表示装置は、第１の視差画像を表示する第１の画素と、第２の視差画像を表示する第２の画素とを有する表示パネルと、表示パネルの出力に基づいて、使用者の視野内に光学的な虚像として画像を表示させる光学系と、を備え、以下の条件を満足する。
【０００６】
【数１】
2016048344.tif 000003
【０００７】
ここで、θ：使用者の眼が第１の視差画像の虚像において、第１の画素を見る方向と、第１の画素に隣り合う画素を見る方向とで為す角度（分）、または、前記使用者の眼が前記第２の視差画像の虚像において、前記第２の画素を見る方向と、前記第２の画素と隣り合う画素を見る方向とで為す角度（分）、ｍ：前記光学系により前記虚像を表示させる倍率、Ｐ：前記第１の画素及び前記第２の画素の配列ピッチ（ｍｍ）、Ｌ：前記使用者の眼から前記虚像までの距離（ｍｍ）である。
【発明の効果】
【０００８】
本開示は、より視認性を向上させた虚像表示装置、ヘッドアップディスプレイシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ヘッドアップディスプレイシステム１００の構成を示す断面図
【図２】表示デバイス２２０と視差バリア２３０の構成を示すブロック図
【図３】ヘッドアップディスプレイシステム１００を使用している状況を車内から見た図
【図４】表示デバイス２２０のピッチと虚像画像（ＩＬ及ＩＲ）のピッチの関係図
【図５】視力について、ランドルト環５１０と目５２０と視角の関係を表した模式図
【図６】左眼用の虚像画素ＩＬとドライバーの目６２０の位置関係を表した模式図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
なお、発明者（ら）は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
（実施の形態１）
［１．ヘッドアップディスプレイシステムの構成］
本開示のヘッドアップディスプレイシステム１００は、例えば、自動車１０の運転席に備えられる。以下、ヘッドアップディスプレイ１００の具体的な構成について図面を参照して、説明する。
【００１２】
図１は、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイシステム１００の構成の断面を示している。ヘッドアップディスプレイシステム１００は、虚像表示装置２００と、コンバイナー４００を備えている。
【００１３】
虚像表示装置２００は、表示デバイス２２０と、視差バリア２３０と、マイコン等の制御部２５０（図１には不図示）を備えている。虚像表示装置２００は、例えば車両のダッシュボード内部に配置され、表示デバイス２２０が表示する画像を、コンバイナー４００を介して反射させ、車両内部の観察者Ｄに導いて虚像Ｉを表示する。
【００１４】
表示デバイス２２０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。表示デバイス２２０は、制御部２５０からの制御に従って、道路進行案や、前方車両までの距離、車のバッテリー残量、現在の車速など、各種の情報を表示することができる。
コンバイナー４００は、正のパワーをもつ光学部材であり、凹面ミラーで構成されている。また、コンバイナー４００は、ハーフミラーとなっており、表示デバイス２２０から投射された光の一部を観察者Ｄの方向に反射することができる。そして、コンバイナー４００と表示パネル２２０の距離を、焦点距離よりも小さくすることで、コンバイナー４００越しに観察者は虚像を認識することができる。なお、コンバイナー４００のような凹面ミラーの光学部材に換えて、凸レンズの光学部材としても、本発明は適用可能である。ヘッドアップディスプレイシステム１００は、コンバイナー４００のみならず、これに適宜レンズ、ミラー等を組み合わせて虚像光学系を形成してもよい。［２．表示デバイス２２０と視差バリア２３０の構成］
図２は、表示デバイス２２０と視差バリア２３０の構成図である。
【００１５】
表示デバイス２２０は、Ｒ（ＲＥＤ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各サブ画素２２１及び２２２からなる画素を有している。実施の形態１では、表示デバイス２２０の各画素は、左眼用画素及び右眼用画素として、空間分割されている。すなわち、表示デバイス２２０の各画素は、左眼用画素２２１と右眼用画素２２２として交互に割り当てられる。左眼用画素及び右眼用画素を一対とした画素対は、詳細を後述するように、所定の画素ピッチで配列される。
【００１６】
視差バリア２３０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構成される。視差バリア２３０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。クロムなどの遮光材料が蒸着されない部分が開口部として構成される。視差バリア２３０は、遮光部と開口部が交互にかつ周期的に設けれ、所定のピッチで開口２３１が形成されている。なお、視差バリアの開口幅と遮光幅の比率は１対１（開口幅と、遮光幅とが同じ幅）でなくても良い。開口２３１によって、表示デバイス２２０から出射した光は、配光を制御され、コンバイナー４００による反射がなされた後に、左眼用画素２２１から出射した光は観察者Ｄの左眼に、右眼用画素２２２から出射した光は観察者Ｄの右眼に到達する。これにより、表示デバイス２２０と視差バリア２３０は、観察者Ｄに視差のある画像を提示することができる。
【００１７】
制御部２５０は、表示デバイス２２０の表示画像を制御する。表示デバイス２２０は、制御部２５０からの制御に従って、表示画像を出力する。
【００１８】
視差バリア２３０は、所定の間隔で開口２３１が形成されている。開口２３１によって、表示デバイス２２０から出射した光は、配光を制御され、左眼用画素２２１から出射した光は観察者Ｄの左眼に、右眼用画素２２２から出射した光は観察者Ｄの右眼に到達する。これにより、表示デバイス２２０と視差バリア２３０は、観察者Ｄに視差のある画像を提示することができる。  図３は、観察者Ｄであるドライバーがヘッドアップディスプレイシステム１００を使用している状況を車内から見た図である。ヘッドアップディスプレイシステム１００を使用することで、基準虚像位置に視差画像の虚像（左眼用虚像画像ＩＬ及び、右眼用虚像画像ＩＲ）が表示される。ドライバーは、左眼用虚像画像ＩＬ及び、右眼用虚像画像ＩＲを見る事により、それらを立体視して融像した像Ｓがより遠方にあるように知覚する。
【００１９】
［３．表示デバイス２２０のピッチと虚像画像（ＩＬ及ＩＲ）のピッチの関係］
図４（ａ）は表示デバイス２２０の画素ピッチを表している。一方、図４（ｂ）は虚像画像ＩＬおよびＩＲの画素ピッチを表している。
【００２０】
図４（ａ）に表すように、表示デバイス２２０の各画素は、右眼用画素４２１と左眼用画素４２２として列に沿って交互に割り当てられる。右眼用画素４２１と左眼用画素４２２の各画素単体での周期をＰとする。このとき、右眼用画素４２１及び左眼用画素４２２を一対とした画素対を１単位としたときの周期は、２Ｐとなる。これは、表示パネル２２０において隣り合う右眼用画素４２１の周期が２Ｐであることを意味する。同様に、表示パネル２２０において隣り合う左眼用画素４２２の周期が２Ｐであることを意味する。
【００２１】
同様に、図４（ｂ）に表すように、虚像画像（ＩＬ、ＩＲ）の各画素は、右眼用画素４３１と左眼用画素４３２として列に沿って交互に表示される。虚像光学系（コンバイナー４００などを含む）の倍率をｍとしたとき、右眼用画素４３１と左眼用画素４３２の各画素単体での周期はｍＰとなる。このとき、右眼用画素４３１及び左眼用画素４３２を一対とした画素対を１単位としたときの周期は、２ｍＰとなる。これは、虚像画像において隣り合う右眼用画素４３１の周期が２ｍＰであることを意味する。同様に、虚像画像において隣り合う左眼用画素４３２の周期が２ｍＰであることを意味する。
［４．ランドルト環と視力の関係］
図５は視力について、ランドルト環５１０と目５２０と視角θの関係を表した模式図である。
【００２２】
ランドルト環は視力の判定に用いられる指標である。ランドルト環の形状は上下左右のうち１ヶ所に切れ目が形成された環状である。視力判定では、被判定者が一定の距離の位置から見て、ランドルト環の切れ目を判定することにより、視力を決定する。ここで、ランドルト環の切れ目の幅と、被判定者の眼の中心が作る角度を視角（単位：分）という。ここでは視角はθと表す。このとき、視力と視角の関係式は下記で定義される。
【００２３】
【数２】
2016048344.tif 000004
【００２４】
すなわち、視角θが１分の時、視力は１．０になる。視角θが小さくなるとランドルト環の切れ目の位置を見分けることが難しくなる。一方、視角θが大きくなるとランドルト環の切れ目の位置を見分けやすくなる。視力の良い人はより小さな切れ目でも見分けることができる。
［５．虚像画素ＩＬと目の位置関係］
図６は、左眼用の虚像画素ＩＬとドライバーの左眼６２０の位置関係を表した模式図である。ここでは左眼用の虚像画素ＩＬのｎ番目の画素中心６１０と、虚像画素ＩＬの（ｎ＋１）番目の画素中心６１１のみを代表して表している。虚像画素ＩＬのｎ番目の画素中心６１０と（ｎ＋１）番目の画素中心６１１の間隔は、図４で示したように２ｍＰとなる。ここで、ドライバーの左眼６２０から左眼用の虚像画素ＩＬまでの距離をＬとする。また、ドライバーの左眼６２０が虚像画素ＩＬのｎ番目の画素中心６１０を見た方向と、虚像画素ＩＬの（ｎ＋１）番目の画素中心６１１を見た方向とで為す角度（視角）をθとする。このとき、視角θ、虚像光学系の倍率ｍ、右眼用画素４２１と左眼用画素４２２の各画素単体での周期Ｐ、ドライバーの左眼６２０から左眼用の虚像画素ＩＬまでの距離Ｌは、下記式を満たす。
【００２５】
【数３】
2016048344.tif 000005
【００２６】
ヘッドドアップディスプレイシステム１００において、表示デバイス２２０が表示する画像は、虚像光学系の倍率ｍだけ拡大されて、虚像として表示される。表示デバイス２２０が人間の眼の分解能を超えるほど高精細なものであったとしても、虚像光学系により画像が拡大されることによって、人間の眼で画素が分解できるようになる可能性がある。更に、表示デバイス２２０の画素は右眼用と左眼用の２つに空間分割されるため、左眼（右眼）の虚像画素としてのピッチは更に広くなる。画素が大きくなると、ドライバーの視力次第で１画素を１画素として判別できるようになり、視認性が悪くなる。そのため、視認性の良いヘッドアップディスプレイ１００を実現するためには、虚像光学系により画像が拡大されたとしても、人間の眼で画素が分解できないように工夫する必要がある。
【００２７】
普通第一種免許の適性試験における視力の合格基準は、両眼で０．７以上、かつ、一眼でそれぞれ０．３以上、又は一眼の視力が０．３に満たない方、若しくは一眼が見えない方については、他眼の視野が左右１５０度以上で、視力が０．７以上となっている。そこで、本実施の形態では、視力０．７を基準の視力とする。視力０．７のドライバーが１画素を認識できない画素ピッチとすることにより、視認性の良いヘッドアップディスプレイ１００を実現することが可能となる。つまり、以下の関係式を満たすことにより、視認性の良いヘッドアップディスプレイ１００を実現できる。
【００２８】
【数４】
2016048344.tif 000006
【００２９】
数４を満たすように、虚像系の倍率ｍ、ピッチＰ、虚像画素からドライバーの眼までの距離Ｌを設定することで、ドライバーの右眼、左眼に表示される虚像画素は１画素を認識しにくくなり、視認性の良い表示装置を実現することができる。
【００３０】
（他の実施形態）
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、適宜、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可能である。また、上記実施の形態１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。
【００３１】
例えば、上記では視差バリア２３０を用いるとしたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、レンチキュラーレンズや、液晶レンズなど、表示デバイス２２０から投射された光の配光を制御できる構成であれば、他の構成であっても構わない。
【００３２】
上記では、コンバイナー方式によるヘッドアップディスプレイシステム１００を例示したが、これに限定されない。虚像表示のために、正のパワーのあるミラー或いは、凸レンズを光路に介したヘッドアップディスプレイシステムに適用可能である。
【００３３】
上記では、虚像表示装置２００は、表示デバイス２２０と、視差バリア２３０と、マイコン等の制御部２５０を備えているとしたが、これに限定されない。虚像表示装置２００は、虚像光学系を包含してもよい。
【００３４】
上記では、視力０．７を基準の視力としたが、これに限定されない。例えば、視力０．８を基準の視力としてもよい。
【００３５】
上記では、ドライバーの左眼６２０が虚像画素ＩＬのｎ番目の画素中心６１０を見た方向と、虚像画素ＩＬの（ｎ＋１）番目の画素中心６１１を見た方向とで為す角度をθとしたが、これに限定されない。すなわち、ドライバーの右眼が虚像画素ＩＲのｎ番目の画素中心を見た方向と、虚像画素ＩＲの（ｎ＋１）番目の画素中心を見た方向とで為す角度をθとしてもよい。
【００３６】
なお、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【００３７】
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、車両への搭載に限定されず、飛行機や船舶の操縦席や、ゲーム機などで操縦をユーザに体感させるようなシミュレーションシステム等にも搭載できる。
【符号の説明】
【００３９】
１００  ヘッドアップディスプレイシステム
２００  虚像表示装置
２２０  表示デバイス
２３０  視差バリア
２５０  制御部
４００  コンバイナー
【図１】
2016048344.tif 000009
【図２】
2016048344.tif 000010
【図３】
2016048344.tif 000011
【図４】
2016048344.tif 000012
【図５】
2016048344.tif 000013
【図６】
2016048344.tif 000014