(57)【要約】【課題】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。【解決手段】上記課題を解決するために本開示の虚像表示装置は、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の画素とが交互に配置された表示デバイスと、表示デバイスの出力に基づく光を右眼方向及び左眼方向に振り分ける光学素子が所定の周期で配置された配光制御素子と、配光制御素子の出力に基づいて、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、を備える。そして、表示デバイスの中央から法線方向に伸長する第１の軸は、配光制御素子のうち表示デバイスの中央から法線方向に対向する光学素子の光軸である第２の軸から、表示デバイスの水平方向に所定量シフトしている。【選択図】図１
2016051126.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の画素とが交互に配置された表示デバイスと、
前記表示デバイスの出力に基づく光を右眼方向及び左眼方向に振り分ける光学素子が所定の周期で配置された配光制御素子と、
前記配光制御素子の出力に基づいて、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、
前記表示デバイスの中央から法線方向に伸長する第１の軸は、前記配光制御素子のうち前記表示デバイスの中央から法線方向に対向する光学素子の光軸である第２の軸から、前記表示デバイスの水平方向に所定量シフトしている、虚像表示装置。
【請求項２】
前記所定量は、前記表示デバイスの中央から前記配光制御素子を介して射出された主光線が、使用者の眉間に位置する量である、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記表示デバイスの中央は、前記第１の画素と前記第２の画素との境界位置である、請求項１又は２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記表示デバイスの位置は、使用者の位置から、前記表示デバイスの水平方向にシフトしている、請求項１から３のいずれかに記載の虚像表示装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか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本開示の虚像表示装置は、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の画素とが交互に配置された表示デバイスと、表示デバイスの出力に基づく光を右眼方向及び左眼方向に振り分ける光学素子が所定の周期で配置された配光制御素子と、配光制御素子の出力に基づいて、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、を備える。そして、表示デバイスの中央から法線方向に伸長する第１の軸は、配光制御素子のうち表示デバイスの中央から法線方向に対向する光学素子の光軸である第２の軸から、表示デバイスの水平方向に所定量シフトしている。
【発明の効果】
【０００６】
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】
【０００７】
【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（斜め後方）から見た図
【図４】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（上方）から見た図
【図５】表示デバイス２２０と視差バリア２３０とのシフト量を説明するための図
【図６】表示デバイス２２０から射出された光の配光特性を説明するための図
【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、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。なお、以下の説明において、自動車１０の助手席と運転席を結ぶ方向にＸ軸、自動車１０の進行方向にＹ軸、自動車１０の鉛直方向にＺ軸をとる。そして、必要に応じて、図面にはＸＹＺ軸の座標系を合わせて記載している。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。コンバイナー４００は、自動車１０（運転席）の前面に配置されたウインドシールド４１０の一部の近傍に配置される。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と表示デバイス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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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４２０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の斜め後方から見た図である。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４２０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。
［３．表示デバイス２２０とドラーバーとの位置関係］
図４は、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の上方から見た図である。図４では、特に、表示デバイス２２０、視差バリア２３０、コンバイナー４００、ウインドシールド４１０、ハンドル４３０、ドライバー４２０の位置関係を示している。
【００１７】
図４に示すように、表示デバイス２２０及び、視差バリア２３０は、点線Ａに沿って配置される。点線Ａは、表示デバイス２２０の中心点（中央にある左眼用画素２２１と右眼用画素２２２の境界位置）を通りＹ軸に平行な軸上にとった線である。なお、表示デバイス２２０の表示面は、Ｙ軸に垂直に配置される。また、表示デバイス２２０から入射する光を射出する視差バリア２３０の射出面も、Ｙ軸に垂直に配置される。また、図４に示すように、ドライバー４２０が着席する運転席及び、ハンドル４３０は、点線Ｂに沿って配置される。点線Ｂは、ドライバー４２０の中心点（眉間位置）を通りＹ軸に平行な軸上にとった線である。すなわち、点線Ａと点線Ｂとは、Ｘ軸方向にシフトした位置関係にある。
【００１８】
なお、コンバイナー４００は、Ｘ軸方向にシフトした位置関係にある表示デバイス２２０から射出される光（映像）の虚像を、ドライバー４２０が視認できるように、ウインドシールと４１０上の点線Ａと点線Ｂの間に配置される。
【００１９】
通常、携帯ゲーム機等の立体表示装置においては、表示デバイス２２０が配置される軸（点線Ａに対応する軸）と、観察者が存在する軸（点線Ｂに対応する軸）とが略一致する。自動車１０においても、表示デバイス２２０がドライバー４２０の正面に位置されるように（点線Ａに対応する軸と点線Ｂに対応する軸とが略一致するように）配置することも可能であるが、スペースやデザイン上の制約を受けることになる。
【００２０】
スペースやデザインの設計自由度を向上させるためには、図４に示すように、表示デバイス２２０がドライバー４２０の正面に位置されていない場合（点線Ａに対応する軸と点線Ｂに対応する軸とがＸ軸方向にシフトしている場合）であっても、立体映像として融像される虚像の視認性が良好であることが必要である。しかしながら、図４に示すように、表示デバイス２２０がドライバー４２０の正面に位置されていない場合、ドライバー４２０の右眼に対して右眼用映像が適切に視認されず、同様に、左眼に対して左眼用映像が適切に視認できないクロストークの課題が発生する。発明者は、試作検討の過程において本課題を認識し、本課題の解決手段を発案するに至った。この解決手段によれば、自動車１０のスペースやデザインの設計自由度を向上させながらも、クロストークの発生を低減させて視認性を向上させた虚像表示装置を提供することができる。以下、本課題の解決手段について、具体的に説明する。
[４．視差バリアと画素の位置関係]
本開示では、表示デバイス２２０と視差バリア２３０とを所定量シフトさせた。これにより、自動車１０等の乗物のスペースやデザインの設計自由度を向上させながらも、クロストークの発生を低減させて視認性を向上させることが可能となった。
【００２１】
図５は、表示デバイス２２０と視差バリア２３０とのシフト量を説明するための図である。図５では、表示デバイス２２０の中心点から画面の法線方向（Ｙ軸方向）に伸長する軸（第１の軸  ５０１）を示している。より具体的には、表示デバイス２２０の中心点（中央）にある左眼用画素２２１と右眼用画素２２２との境界軸であって、表示デバイス２２０の画面の法線方向（Ｙ軸方向）に伸長する軸（第１の軸  ５０１）を示している。
【００２２】
また、図５では、視差バリア２３０の開口２３１うち、表示デバイス２２０の中心点から法線方向（Ｙ軸方向）に対向する開口２３１の光軸（第２の軸  ５０２）を示している。
【００２３】
表示デバイス２２０の第１の軸５０１と、視差バリア２３０の第２の軸５０２とは、Ｘ軸方向に所定量シフトしている。第１の軸５０１と、第２の軸５０２とをＸ軸方向に所定量シフトすることにより、表示デバイス２２０がドライバー４２０の正面に位置されていない場合であっても、ドライバー４２０に対して視認性が向上した虚像を提供することができる。
【００２４】
更に、第１の軸５０１と、第２の軸５０２とをＸ軸方向にシフトさせる所定量は、表示デバイス２２０の中央（左眼用画素２２１と右眼用画素２２２との境界位置）から視差バリア２３０の開口２３１を介して射出された主光線５０３が、使用者の眉間位置５０４に到達するように規定される。これにより、表示デバイス２２０がドライバー４２０の正面に位置されていない場合であっても、左眼用画素２２１から出射した光は左眼５０５に、右眼用画素２２２から出射した光は右眼５０６に入射させることができ、ドライバー４２０に対してクロストークの少ない高品位な立体映像を提供することができる。
【００２５】
図６は、表示デバイス２２０から射出された光の配光特性を説明するための図である。図６（Ａ）は、表示デバイス２２０の第１の軸と、視差バリア２３０の第２の軸とを、Ｘ軸方向に所定量シフトさせていない場合、すなわち、第１の軸と第２の軸とが一致している場合の配光特性を示す図である。一方、図６（Ｂ）は、表示デバイス２２０の第１の軸と、視差バリア２３０の第２の軸とを、Ｘ軸方向に所定量シフトさせた場合の配光特性を示す図である。また、図６において、Ｘａは、Ｘ軸上において点線Ａに対応するＸ座標を示している。Ｘｂは、Ｘ軸上において点線Ｂに対応するＹ座標を示している。
【００２６】
図６（Ａ）に示すように、第１の軸と第２の軸とが一致している場合、ドライバー４２０の眉間位置に対応するＸｂには、右眼用映像（表示デバイス２２０とドライバー４２０との位置関係によっては左眼用映像）に偏った光の輝度が高くなってしまう。すなわち、クロストークが発生する。その結果、ドライバー４２０の右眼に対して右眼用映像を、左眼に対して左眼用映像を適切に提供することができない。
【００２７】
一方、図６（Ｂ）に示すように、第１の軸と第２の軸とが所定量シフトしている場合、ドライバー４２０の眉間位置に対応するＸｂには、右眼用映像と左眼用映像の配光分布の谷間が位置する。これにより、クロストークの発生を低減させることができる。その結果、ドライバー４２０の右眼に対して右眼用映像を、左眼に対して左眼用映像を適切に提供することができる。
【００２８】
（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。
【００２９】
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、他の配光制御素子であっても構わない。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
上記の実施の形態では、表示デバイス２２０において右眼用画素と左眼用画素の境界軸と、視差バリア２３０の光軸とをシフトさせる場合を説明したが、これに限定されない。例えば、眉間の主光線が向かうように表示デバイス２２０をＺ軸に対して傾けて配置してもよい。この場合は、虚像の台形補正を行うことは言うまでもない。
【００３３】
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。
【００３４】
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】
【００３５】
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】
【００３６】
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】
2016051126.tif 000003
【図２】
2016051126.tif 000004
【図３】
2016051126.tif 000005
【図４】
2016051126.tif 000006
【図５】
2016051126.tif 000007
【図６】
2016051126.tif 000008