JP2021084523A - ヘッドアップディスプレイ、ヘッドアップディスプレイシステム及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】利用者の眼の位置に応じて見易い画像を提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイは、表示パネル６と、反射光学素子４と、コントローラ５と、取得部７とを含む。表示パネル６は、第１画像を表示するように構成される。反射光学素子４は、表示パネル６が表示する第１画像の画像光を反射するように構成される。コントローラ５は、表示パネル６上の第１画像を表示する位置を制御するように構成される。取得部７は、利用者の眼の位置を位置情報として取得可能に構成される。コントローラ５は、位置情報に応じて、表示パネル６に前記第１画像を表示する位置を変更するように構成されている。【選択図】図１

Description

本開示は、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドアップディスプレイシステム及び移動体に関する。

従来、利用者の左右の眼に互いに視差を有する画像を伝播させ、利用者の視野内に奥行きを有する３次元画像として視認される虚像を投影するヘッドアップディスプレイが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−００８７２２号公報

車両等の移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイにおいて、利用者の着座姿勢及び座高等の違いにより眼の位置が異なると、利用者が画像を見難くなる場合がある。ヘッドアップディスプレイは、利用者の眼の位置に応じて見易い画像を提供できることが好ましい。

本開示の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイは、表示パネルと、反射光学素子と、コントローラと、取得部とを含む。前記表示パネルは、第１画像を表示するように構成される。前記反射光学素子は、前記表示パネルが表示する前記第１画像の画像光を反射するように構成される。前記コントローラは、前記表示パネル上の前記第１画像を表示する位置を制御するように構成される。前記取得部は、利用者の眼の位置を位置情報として取得可能に構成される。前記コントローラは、前記位置情報に応じて、前記表示パネルに前記第１画像を表示する位置を変更するように構成されている。

本開示の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイシステムは、ヘッドアップディスプレイと、検出装置とを備える。前記検出装置は、利用者の眼の位置を位置情報として検出するように構成される。前記ヘッドアップディスプレイは、表示パネルと、反射光学素子と、コントローラと、取得部とを含む。前記表示パネルは、第１画像を表示するように構成される。前記反射光学素子は、前記表示パネルが表示する前記第１画像の画像光を反射するように構成される。前記コントローラは、前記表示パネル上の前記第１画像を表示する位置を制御するように構成される。前記取得部は、前記位置情報を前記検出装置から取得可能に構成される。前記コントローラは、前記位置情報に応じて、前記表示パネルに前記第１画像を表示する位置を変更するように構成されている。

本開示の一実施形態に係る移動体は、ヘッドアップディスプレイシステムを備える。前記ヘッドアップディスプレイシステムは、ヘッドアップディスプレイと、検出装置とを備える。前記検出装置は、利用者の眼の位置を位置情報として検出するように構成される。前記ヘッドアップディスプレイは、表示パネルと、反射光学素子と、コントローラと、取得部とを含む。前記表示パネルは、第１画像を表示するように構成される。前記反射光学素子は、前記表示パネルが表示する前記第１画像の画像光を反射するように構成される。前記コントローラは、前記表示パネル上の前記第１画像を表示する位置を制御するように構成される。前記取得部は、前記位置情報を前記検出装置から取得可能に構成される。前記コントローラは、前記位置情報に応じて、前記表示パネルに前記第１画像を表示する位置を変更するように構成されている。

本開示の実施形態によれば、利用者の眼の位置に応じて見易い画像を提供できることができる。

移動体に搭載されたヘッドアップディスプレイシステムの一例を示す概略構成図である。 図１のヘッドアップディスプレイシステムによる表示の一例を示す図である。 利用者の眼の位置が図１の場合より下方にある場合の画像表示を説明する図である。 移動体に搭載されたヘッドアップディスプレイシステムの他の一例を示す概略構成図である。 図４の表示パネルの領域の配置を示す図である。 図４に示す表示パネルを奥行方向から見た例を示す図である。 図４に示す視差光学素子を奥行方向から見た例を示す図である。 図４に示す虚像と利用者の眼との関係を説明するための図である。 表示パネルの虚像における左眼から視認可能な領域を示す図である。 表示パネルの虚像における右眼から視認可能な領域を示す図である。 利用者の眼の位置の変化に伴う視差光学素子の切り替えを説明する図である。 図４のヘッドアップディスプレイシステムによる表示の一例を示す図である。

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。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。

（ヘッドアップディスプレイシステム）
本開示の一実施形態にかかるヘッドアップディスプレイシステム１は、図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ２と、検出装置３とを含んで構成される。ヘッドアップディスプレイシステム１は、以下にＨＵＤ（Head Up Display）システム１と表記される。ＨＵＤシステム１は、移動体２０に搭載されてよい。移動体２０に搭載されたＨＵＤシステム１は、移動体２０に搭乗する利用者３０に対して、画像を表示する。

移動体２０に搭載されたＨＵＤシステム１を示す図１において、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒを通る直線の方向である眼間方向はｘ軸方向として表される。利用者３０の前後方向はｚ軸方向として表される。ｘ軸方向及びｚ軸方向に垂直な高さ方向はｙ軸方向として表される。

本開示における「移動体」には、車両、船舶、航空機を含む。本開示における「車両」には、自動車および産業車両を含むが、これに限られず、鉄道車両および生活車両、滑走路を走行する固定翼機を含めてよい。自動車は、乗用車、トラック、バス、二輪車、およ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。産業車両は、農業およ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、およ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、およ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、およびロードローラを含むが、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。本開示における船舶には、マリンジェット、ボート、タンカーを含む。本開示における航空機には、固定翼機、回転翼機を含む

（検出装置の構成）
検出装置３は、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置を検出する。検出装置３は、検出した利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置を取得部７に対して出力する。検出装置３は、撮像装置又はセンサを含んでよい。ＨＵＤシステム１が車両である移動体２０に搭載される場合、検出装置３は、ルームミラー、インスツルメントパネル、ステアリングホイール、ダッシュボード等種々の場所に取付けられてよい。

検出装置３が撮像装置を含む場合、撮像装置は、被写体の像を取得して被写体の画像を生成するように構成される。撮像装置は、撮像素子を含む。撮像素子は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）撮像素子を含んでよい。撮像装置は、被写体側に利用者３０の顔が位置するように配置される。例えば、検出装置３は、所定の位置を原点とし、原点からの左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置の変位方向及び変位量を検出するように構成されてよい。検出装置３は、２台以上の撮像装置を用いて、左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの少なくとも一方の位置を３次元空間の座標として検出するように構成されてよい。

検出装置３は、撮像装置を備えず、装置外の撮像装置に接続されていてよい。検出装置３は、装置外の撮像装置からの信号を入力するように構成される入力端子を備えてよい。装置外の撮像装置は、入力端子に直接的に接続されてよい。装置外の撮像装置は、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。

検出装置３がセンサを備える場合、センサは、超音波センサ又は光センサ等であってよい。

（ヘッドアップディスプレイの構成）
ヘッドアップディスプレイ２は、反射光学素子４と、コントローラ５と、表示パネル６と取得部７とを含んで構成される。

表示パネル６は、コントローラ５からの指示に従い、画像を表示する装置である。表示パネル６には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ:Liquid Crystal Display）、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。表示パネル６が、透過型の液晶ディスプレイの場合、表示パネル６の背面には、バックライトを有してよい。

反射光学素子４は、表示パネル６に表示される第１画像の画像光を、少なくとも部分的に反射するように構成された光学部材である。反射光学素子４は、表示パネル６から射出された第１画像の画像光を、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒに向けて反射させるように構成される。車両である移動体２０に搭載されたＨＵＤシステム１は、車両のウインドシールドを反射光学素子４として兼用してよい。

複数の実施形態の一つにおいて、表示パネル６は、図１に示すように画像光を直接的に反射光学素子４に投光するように構成される。反射光学素子４により反射された画像光は、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒに入射する。これにより、利用者３０は、反射光学素子４により反射された表示パネル６の虚像Ｖ１を視認する。

コントローラ５は、ヘッドアップディスプレイ２の各構成要素に接続され、各構成要素を制御するように構成される。コントローラ５は、例えばプロセッサとして構成される。コントローラ５は、１以上のプロセッサを含んでよい。プロセッサは、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ように構成された汎用のプロセッサ、及び特定の処理に特化した専用のプロセッサを含んでよい。専用のプロセッサは、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）を含んでよい。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）を含んでよい。ＰＬＤは、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を含んでよい。コントローラ５は、１つ又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。

コントローラ５は、メモリを含む。メモリは、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）など、任意の記憶デバイスにより構成される。メモリは、種々の処理のためのプログラム及び情報等を記憶するように構成されうる。例えば、メモリは、第１画像として表示する表示コンテンツを含んでよい。表示コンテンツは、文字、図形及びそれらを組み合わせたアニメーション等を含んでよい。

コントローラ５は、表示パネル６が表示する画像の内容及び表示位置を制御することができるように構成される。コントローラ５は、取得部７を介して検出装置３から利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置情報を取得可能に構成される。コントローラ５は、取得部７から取得した位置情報に応じて、表示パネル６に第１画像を表示する位置を変更可能に構成される。

取得部７は、検出装置３によって検出される利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置情報を取得可能に構成される。検出装置３と取得部７との間は、有線及び／又は無線通信により接続される。移動体２０が車両の場合、検出装置３と取得部７との間は、ＣＡＮ（Control Area Network）等の車両のネットワークを介して接続されてよい。取得部７は、有線通信に対応した、電気コネクタ及び光コネクタ等のコネクタを含みうる。取得部７は、無線通信に対応したアンテナを含みうる。

ヘッドアップディスプレイ２は、さらに、外部から情報を取得する入力部８を有することができる。ＨＵＤシステム１が移動体２０に搭載される場合、入力部８は、移動体２０のＥＣＵ（Electronic Control Unit）９から情報を取得することができる。ＥＣＵ９は、移動体２０に搭載される種々の装置を電子制御するコンピュータである。ＥＣＵ９には、例えば、エンジン制御システム、ナビゲーション・システム、または、車間距離を制御するシステム等を含みうる。入力部８は、ＥＣＵ９から車両速度を表す車速信号を受信することにより、移動体２０の速度の入力を受けることができる。

ヘッドアップディスプレイ２は、図２に示すように、利用者３０の視界内に第１画像１１を表示することができるように構成される。第１画像１１は、画像表示領域１２上に表示される。画像表示領域１２は、表示パネル６に表示される画像の画像光が投光可能な反射光学素子４上の領域である。コントローラ５は、左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置情報に応じて、表示パネル６に第１画像を表示する位置を変更可能に構成されている。表示パネル６上の第１画像を表示する位置が変更されることにより画像表示領域１２内の第１画像１１の表示位置が変化する。

（ヘッドアップディスプレイの表示）
図２に示すように、反射光学素子４は、入射した画像光の一部を反射し、他の一部を透過するように構成された第１反射領域４ａを含んでよい。表示パネル６は、第１反射領域４ａに第１画像１１の少なくとも一部を投光するように構成されてよい。これにより、第１画像１１の第１反射領域４ａに重なる部分は、反射光学素子４の利用者３０と反対側の背景と重ね合わされて、利用者３０の視界内に表示される。

反射光学素子４は、入射した画像光の一部を反射し、他の一部を実質的に遮光するように構成された第２反射領域４ｂを含んでよい。これによって、第２反射領域４ｂに投光された第１画像１１は、反射光学素子４の利用者３０と反対側の背景と重なること無く、利用者３０の視野内に鮮明な画像として表示されることができる。例えば、表示パネル６は、第２反射領域４ｂに第１画像１１の一部を投影するように構成されてよい。これにより、第１画像１１には、背景の情報と関連しない情報を独立して表示させることができる。

車両である移動体２０に搭載されるＨＵＤシステム１において、第２反射領域４ｂはウインドシールド下部の黒い部分としうる。ウインドシールド下部の黒い部分は、黒セラミックとよばれることがある。移動体２０の第２反射領域４ｂは、従来移動体のメーターパネル内に配置されてきたスピードメータ、タコメータ及び方向指示器等の計器類の情報を表示するために使用することができる。

利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒのｙ方向の位置の違いにより、利用者３０が見ることができる第１画像１１の位置が変化する。コントローラ５は、表示パネル６を制御して、表示領域内の利用者３０から見易い位置に第１画像１１を表示させる。例えば、図３に示すように、利用者３０の座高及び／又は姿勢により、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒが図１に示した例よりも低い位置にある場合、画像光の一部の光路が移動体２０内部の構造物と干渉することがある。そのような場合、反射光学素子４の下部に位置する画像表示領域１２の一部が利用者３０から視認できなくなる。そのため、コントローラ５は、表示パネル６に第１画像１１を表示する位置を利用者３０が第１画像１１を視認可能な範囲に限定するように構成される。コントローラ５は、反射光学素子４上で利用者３０が視認できる範囲から、画像表示領域１２内の第１画像１１が表示される位置の下限を設定してよい。コントローラ５は、画像表示領域１２のこの下限値を上回る位置に第１画像１１が表示されるように、表示パネル６上での第１画像の表示位置を制御してよい。

利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置が変化すると、利用者３０から視認することのできる、表示パネル６上の位置と、反射光学素子４上の位置との位置関係が変化する。例えば、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置が高い場合に利用者３０から見て第２反射領域４ｂに表示される画像が、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置が低い場合、第２反射領域４ｂに表示されないことがある。このため、コントローラ５は、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置情報に応じて、表示パネル６上で第１画像１１を表示する位置を変更するように構成されてよい。コントローラ５は、特定の第１画像１１を第２反射領域４ｂに表示させることにより、画像を鮮明に表示させることができる。コントローラ５は、他の特定の第１画像１１を第１反射領域４ａに表示させることにより、当該第１画像１１を狙った背景と重ね合わせて表示することができる。

以上説明したように、本開示に係るＨＵＤシステム１は、利用者３０の眼の位置に関わらず見易い画像を提供できることができる。

（速度に応じた表示位置）
前述のように、ヘッドアップディスプレイ２は、入力部８から移動体２０の速度の入力を受けることができる。コントローラ５は、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置情報に加え、移動体２０の速度に応じて、表示パネル６に第１画像１１を表示する位置を変更するように構成されうる。例えば、移動体２０の速度が速いほど、コントローラ５は、利用者３０の視野内で第１画像１１が上側に視認されるように、表示パネル６に第１画像１１を表示させる位置を変更してよい。移動体２０の速度が遅いほど、コントローラ５は、利用者３０の視野内で第１画像１１が下側に視認されるように、表示パネル６に第１画像１１を表示させる位置を変更してよい。

移動体２０の速度が速くなるほど、利用者３０は、視線をより遠くに向ける。そのため、利用者３０の視線の方向は高くなる。第１画像１１の視認される位置をより上側にすることにより、利用者３０は視線を動かさずに第１画像１１を見ることが可能になる。移動体２０の速度が遅くなるほど、利用者３０は視線を路面等のより近くの対象に向ける。そのため、利用者３０の視線の方向は低くなることがある。第１画像１１の視認される位置をより下側にすることにより、利用者３０は視線を動かさずに第１画像１１を見ることが可能になる。

コントローラ５は、第１画像１１として、例えばスピードメータを表示させる。速度が速いほど第１画像１１が上側に表示され、速度が低いほど第１画像１１が下側に表示されることにより、利用者３０は第１画像１１の詳細を見なくとも、およその速度を知覚することができる。

（マルチ画像表示可能なヘッドアップディスプレイシステム）
複数の画像を表示することが可能な、本開示に係るＨＵＤシステム１Ａが、図４に示される。ＨＵＤシステム１Ａは、ヘッドアップディスプレイ２Ａと検出装置３とを含む。ＨＵＤシステム１Ａのヘッドアップディスプレイ２Ａは、反射光学素子４Ａと、コントローラ５Ａと、表示パネル６Ａと、取得部７Ａと、入力部８Ａと、視差光学素子１３と、光学系１４とを含んで構成される。反射光学素子４Ａ、コントローラ５Ａ、表示パネル６Ａ、取得部７Ａ、及び、入力部８Ａは、それぞれ図１の反射光学素子４、コントローラ５、表示パネル６、取得部７、及び、入力部８と類似するので、異なる点について説明する。

表示パネル６Ａは、図５に示すように、面状に広がるアクティブエリアＡ上に第１領域５１と第２領域５２とを含む。第１領域５１は、反射光学素子４Ａの下端に近い側に位置する。第１領域５１は、２次元画像を表示可能な領域である。第２領域５２は、利用者３０に３次元画像として視認される視差画像を表示可能な領域である。視差画像は、後述する左眼画像と、右眼画像とを含む。右眼画像は、左眼画像に対して視差を有する。ヘッドアップディスプレイ２Ａは、第１領域５１に表示される第２画像と、第２領域５２に表示される第３画像とを、それぞれ反射光学素子４Ａに投光して、利用者３０の視野内に表示させる。第２画像及び第３画像は、第１画像に含まれる。

ヘッドアップディスプレイ２Ａは、図１のヘッドアップディスプレイ２と同様に、利用者３０の視野内に第２画像を表示することができる。以下に、ヘッドアップディスプレイ２Ａによる第３画像の表示について説明する。

表示パネル６は、図６に示すように面状に広がるアクティブエリアＡ上に複数の区画領域を有する。図６は、アクティブエリアＡのうち、第２領域５２を示す。図６において複数の区画領域の各々は、ｕ軸方向及びｕ軸方向に直交するｖ軸方向に区画された領域である。ｕ軸方向及びｖ軸方向に直交する方向はｗ軸方向と称される。ｕ軸方向は水平方向と称されてよい。ｖ軸方向は鉛直方向と称されてよい。ｗ軸方向は奥行方向と称されてよい。ｕ軸方向は、利用者３０の視差方向に対応する方向である。

複数の区画領域の各々には、１つのサブピクセルが対応する。アクティブエリアＡは、ｕ軸方向及びｖ軸方向に沿って格子状に配列された複数のサブピクセルを備える。各サブピクセルは、Ｒ（Red），Ｇ（Green），Ｂ（Blue）のいずれかの色に対応し、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つのサブピクセルを一組として１ピクセルを構成することができる。１ピクセルとなる複数のサブピクセルは、３つに限られず、４つを含む他の数であってよい。１ピクセルとなる複数のサブピクセルは、Ｒ，Ｇ，Ｂの組み合わせに限られない。１ピクセルは、１画素と称されうる。１ピクセルを構成する複数のサブピクセルは、例えば、水平方向に並びうる。同じ色の複数のサブピクセルは、例えば、鉛直方向に並びうる。

アクティブエリアＡの第２領域５２に配列された複数のサブピクセルは、コントローラ５の制御により、複数のサブピクセル群Ｐｇを構成する。複数のサブピクセル群Ｐｇは、ｕ軸方向に繰り返して配列される。複数のサブピクセル群Ｐｇは、ｖ軸方向に同じ列に配列すること、及び、ｖ軸方向にずらして配列することができる。例えば、複数のサブピクセル群Ｐｇは、ｖ軸方向においては、ｕ軸方向に１サブピクセル分ずれた位置に隣接して繰り返して配列することができる。複数のサブピクセル群Ｐｇは、所定の行数及び列数の複数のサブピクセルを含む。具体的には、複数のサブピクセル群Ｐｇは、ｖ軸方向にｂ個（ｂ行）、ｕ軸方向に２×ｎ個（２×ｎ列）、連続して配列された（２×ｎ×ｂ）個のサブピクセルＰ１〜ＰＮ（Ｎ＝２×ｎ×ｂ）を含む。図６に示す例では、ｎ＝６、ｂ＝１である。図６の第２領域５２には、ｖ軸方向に１個、ｕ軸方向に１２個、連続して配列された１２個のサブピクセルＰ１〜Ｐ１２を含む複数のサブピクセル群Ｐｇが配置される。図３に示す例では、一部のサブピクセル群Ｐｇにのみ符号を付している。

複数のサブピクセル群Ｐｇは、コントローラ５が画像を表示するための制御を行う最小単位である。複数のサブピクセル群Ｐｇに含まれる各サブピクセルは、識別符号Ｐ１〜ＰＮ（Ｎ＝２×ｎ×ｂ）で識別される。全てのサブピクセル群Ｐｇの同じ識別符号を有する複数のサブピクセルＰ１〜ＰＮ（Ｎ＝２×ｎ×ｂ）は、コントローラ５によって同時期に制御される。同時期は、同時及び実質的同時を含む。同時期の制御は、同一の１のクロックの発生に基づく制御、および同じフレームでの制御を含む。例えば、コントローラ５は、複数のサブピクセルＰ１に表示させる画像を左眼画像から右眼画像に切り替える場合、全てのサブピクセル群Ｐｇにおける複数のサブピクセルＰ１に表示させる画像を左眼画像から右眼画像に同時期に切り替えるように制御しうる。

視差光学素子１３は、図４に示すように、表示パネル６Ａに沿って配置される。視差光学素子１３は、表示パネル６Ａの第２領域５２からギャップｇの距離だけ離れている。視差光学素子１３は、表示パネル６Ａに対して反射光学素子４Ａ側に位置してよい。

視差光学素子１３は、複数のサブピクセルから射出される画像光の伝播方向を規定しうるように構成される光学素子である。視差光学素子１３は、視差画像の視域３２を実質的に規定することが可能に構成される。視域３２は、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒが、視差画像を３次元画像として見ることができる、空間的な範囲である。一例として、視差光学素子１３は、図７に示すように、液晶シャッタとして構成することができる。液晶シャッタは、表示パネル６と類似に複数の画素Ｐで構成される。液晶シャッタである視差光学素子１３は、各画素Ｐにおける光の透過率を制御可能に構成される。視差光学素子１３の各画素Ｐは、光の透過率の高い状態と光の透過率の低い状態との間で、状態を切り替えることができる。以下において、光の透過率が高い複数の画素Ｐを、開口した画素とよぶことがある。視差光学素子１３の複数の画素Ｐは、表示パネル６の複数のサブピクセルに対応してよい。視差光学素子１３の複数の画素Ｐは、色成分を有していない点で表示パネル６のサブピクセルとは異なる。

視差光学素子１３は、コントローラ５の制御により、複数の透光領域１３ａと複数の減光領域１３ｂとを有する。視差光学素子１３が液晶シャッタの場合、透光領域１３ａは、光の透過率の高い画素Ｐにより構成される。減光領域１３ｂは、光の透過率の低い画素Ｐにより構成される。複数の減光領域１３ｂは、視差光学素子１３の面内の所定方向に伸びる複数の帯状領域である。複数の減光領域１３ｂは互いに隣接する２つの減光領域１３ｂの間に、透光領域１３ａを画定する。複数の透光領域１３ａと複数の減光領域１３ｂとは、アクティブエリアＡに沿う所定方向に延び、所定方向と直交する方向に繰り返し交互に配列される。複数の透光領域１３ａは、複数の減光領域１３ｂに比べて光透過率が高い。複数の透光領域１３ａの光透過率は、複数の減光領域１３ｂの光透過率の１０倍以上、好適には１００倍以上、より好適には１０００倍以上としうる。複数の減光領域１３ｂは、複数の透光領域１３ａに比べて光透過率が低い。複数の減光領域１３ｂは、画像光を遮光してよい。

複数の透光領域１３ａ及び複数の減光領域１３ｂの延びる方向は、表示パネル６Ａの複数のサブピクセル群Ｐｇの並ぶ方向とすることができる。視差光学素子１３は、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒから見たとき、異なる複数のサブピクセル群Ｐｇの同じ識別符号Ｐ１〜Ｐ１２で識別される複数のサブピクセルが、同時に透光及び減光されるように制御される。

光学系１４は、表示パネル６Ａの第２領域５２を出射した第３画像の画像光を、反射光学素子４Ａに向けて伝播させる。光学系１４は、所定の正の屈折率を有してよい。光学系１４が正の屈折率を有することにより、第２領域５２の第３画像は、利用者３０の視野内に反射光学素子４Ａより遠くに位置する拡大虚像として投影される。光学系１４は凸レンズ及び／又は凹面鏡を含んでよい。

表示パネル６Ａの第２領域５２から射出された第３画像の画像光の一部は、複数の透光領域１３ａを透過し、光学系１４を介して反射光学素子４Ａに到達する。反射光学素子４Ａに到達した画像光は反射光学素子４Ａに反射されて利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒに到達する。これにより、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒは、反射光学素子４Ａの前方に第２領域５２に表示された画像の虚像である第２虚像Ｖ２を認識することができる。図８に示したように、利用者３０は、見かけ上、視差光学素子１３の虚像である第３虚像Ｖ３が、第２虚像Ｖ２からの画像光の方向を規定しているかのごとく、画像を認識する。

このように、利用者３０は、見かけ上、第３虚像Ｖ３を介して第２虚像Ｖ２を視認するかのごとく第３画像を認識している。実際には視差光学素子１３の虚像である第３虚像Ｖ３は、視認されない。しかし、以降においては、第３虚像Ｖ３は、見かけ上、視差光学素子１３の虚像が形成される位置にあり、第２虚像Ｖ２からの画像光の伝播方向を規定するとみなされるものとして説明される。以降において、利用者３０の左眼３１ｌの位置に伝播する画像光によって利用者３０が視認しうる第２虚像Ｖ２内の領域は左可視領域ＶａＬと称される。利用者３０の右眼３１ｒの位置に伝播する画像光によって利用者３０が視認しうる第２虚像Ｖ２内の領域は右可視領域ＶａＲと称される。

図８に示される虚像バリアピッチＶＢｐ及び虚像ギャップＶｇは、適視距離Ｖｄを用いた次の式（１）及び式（２）が成り立つように規定される。
Ｅ：Ｖｄ＝（ｎ×ＶＨｐ）：Ｖｇ 式（１）
Ｖｄ：ＶＢｐ＝（Ｖｄｖ＋Ｖｇ）：（２×ｎ×ＶＨｐ） 式（２）
虚像バリアピッチＶＢｐは、第３虚像Ｖ３として投影された複数の減光領域１２ｂのｕ軸方向に対応するｘ軸方向の配置間隔である。虚像ギャップＶｇは、第３虚像Ｖ３と第２虚像Ｖ２との間の距離である。適視距離Ｖｄは、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒそれぞれの位置と視差光学素子１３の虚像である第３虚像Ｖ３との間の距離である。眼間距離Ｅは、左眼３１ｌと右眼３１ｒとの間の距離である。眼間距離Ｅは、例えば、産業技術総合研究所の研究によって算出された値である６１．１ｍｍ〜６４．４ｍｍであってよい。ＶＨｐは、複数のサブピクセルの虚像の水平方向の長さである。ＶＨｐは、第２虚像Ｖ２における１つのサブピクセルの虚像の、ｘ軸方向に対応する方向の長さである。

図８に示す左可視領域ＶａＬは、上述のように、視差光学素子１３の複数の透光領域１３ａを透過した画像光が利用者３０の左眼３１ｌに到達することによって、利用者３０の左眼３１ｌが視認する第２虚像Ｖ２の領域である。右可視領域ＶａＲは、上述のように、視差光学素子１３の複数の透光領域１３ａを透過した画像光が利用者３０の右眼３１ｒに到達することによって、利用者３０の右眼３１ｒが視認する第２虚像Ｖ２の領域である。

一例として、視差光学素子１３の開口率が５０％の場合、利用者３０の左眼３１ｌから見た第２虚像Ｖ２の複数のサブピクセルの虚像の配置を図９に示す。第２虚像Ｖ２上の複数のサブピクセルの虚像には、図６で示した複数のサブピクセルと同じ識別符号Ｐ１からＰ１２を付している。開口率が５０％のとき、視差光学素子１３の複数の透光領域１３ａと複数の減光領域１３ｂとは、等しい眼間方向（ｘ軸方向）の幅を有する。第２虚像Ｖ２の一部は第３虚像Ｖ３により減光され複数の左減光領域ＶｂＬとなっている。複数の左減光領域ＶｂＬは、視差光学素子１３の複数の減光領域１３ｂによって画像光が減光されることによって、利用者３０の左眼３１ｌが視認し難い領域である。

利用者３０の左眼３１ｌからみて左可視領域ＶａＬ及び左減光領域ＶｂＬが図９のように位置する場合、利用者３０の右眼３１ｒから見た第２虚像Ｖ２の複数のサブピクセルの配置を図１０に示す。第２虚像Ｖ２の一部は第３虚像Ｖ３により減光された複数の右減光領域ＶｂＲとなっている。複数の右減光領域ＶｂＲは、視差光学素子１３の複数の減光領域１３ｂによって画像光が減光されることによって、利用者３０の右眼３１ｒが視認し難い領域である。

視差光学素子１３の開口率が５０％の場合、複数の左可視領域ＶａＬは複数の右減光領域ＶｂＲに一致しうる。複数の右可視領域ＶａＲは複数の左減光領域ＶｂＬに一致しうる。視差光学素子１３の開口率が５０％未満の場合、複数の左可視領域ＶａＬは複数の右減光領域ＶｂＲに含まれうる。複数の右可視領域ＶａＲは複数の左減光領域ＶｂＬに含まれうる。このため、複数の右可視領域ＶａＲは、左眼３１ｌからは見えづらい。複数の左可視領域ＶａＬは、右眼３１ｒからは見えづらい。

図９および図１０の例では、左可視領域ＶａＬには、第２領域５２に配列された複数のサブピクセルＰ１からＰ６の虚像が含まれる。利用者３０の左眼３１ｌは、第２領域５２に配列された複数のサブピクセルＰ７からＰ１２の虚像を視認し難い。右可視領域ＶａＲには、第２領域５２に配列された複数のサブピクセルＰ７からＰ１２の虚像が含まれる。利用者３０の右眼３１ｒは、第２領域５２に配列された複数のサブピクセルＰ１からＰ６の虚像を視認し難い。コントローラ５は、複数のサブピクセルＰ１からＰ６に左眼画像を表示させることができる。コントローラ５は、複数のサブピクセルＰ７からＰ１２に右眼画像を表示させることができる。このようにすることによって、利用者３０の左眼３１ｌは、複数の左可視領域ＶａＬの左眼画像の虚像を視認する。利用者３０の右眼３１ｒは、複数の右可視領域ＶａＲの右眼画像の虚像を視認する。上述したように、右眼画像及び左眼画像は互いに視差を有する視差画像である。そのため、利用者３０は、右眼画像及び左眼画像を３次元画像として視認することができる。

利用者３０の眼３１の位置が変化すると、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒから虚像を視認することができる複数のサブピクセルＰ１からＰ１２の範囲は変化する。コントローラ５は、取得部７Ａを介して、検出装置３により検出された利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置情報を取得することができるように構成されている。コントローラ５は、利用者３０の左眼３１ｌの位置に応じて、左眼画像を表示する複数のサブピクセルＰ１からＰ６が、左眼３１ｌから視認されるように、視差光学素子１３を制御する。コントローラ５は、利用者３０の右眼３１ｒの位置に応じて、右眼画像を表示する複数のサブピクセルＰ７からＰ１２が、右眼３１ｒから視認されるように、視差光学素子１３を制御する。

例えば、図９及び図１０に示すように第２虚像Ｖ２を観察している状態において、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒが相対的に左に移動した場合、視差光学素子１３の虚像である第３虚像Ｖ３は、見かけ上右へ移動する。図１１は、図７の状態から利用者３０の左眼３１ｌが左に移動した場合の、利用者３０から視認される第２虚像Ｖ２を示している。利用者３０の左眼３０ｌの位置が左に移動することにより、複数の左可視領域ＶａＬ及び複数の左減光領域ＶｂＬは、右に移動する。

図１１の場合、複数のサブピクセルＰ２からＰ６の全体と、複数のサブピクセルＰ１及びＰ７の一部が、複数の左可視領域ＶａＬに含まれる。複数のサブピクセルＰ８からＰ１２の全部と複数のサブピクセルＰ７及びＰ１の一部が右可視領域ＶａＲに含まれる。コントローラ５は、左眼画像を表示する複数のサブピクセルＰ１〜Ｐ６の最も多くの部分が、複数の左可視領域ＶａＬに位置するように、視差光学素子１３を制御する。例えば、図１１の状態から、利用者３０の左眼３０ｌが更に左に移動し、複数のサブピクセルＰ１より複数のサブピクセルＰ７の部分がより多く複数の左可視領域ＶａＬに含まれると、コントローラ５は視差光学素子１３の開口している画素Ｐを切り替えてよい。この場合、コントローラ５は、左可視領域ＶａＬの左側に隣接して虚像が位置している視差光学素子１３の光の透過率が低い画素を、開口した画素に切り替える。コントローラ５は、左減光領域ＶｂＬの左側に隣接して虚像が位置している視差光学素子１３の開口した画素を、光の透過率が低い画素に切り替える。コントローラ５は、開口している画素Ｐを切り替えることにより、左眼画像を表示するサブピクセルＰ１〜Ｐ６が、利用者３０の左眼３０ｌに最もよく視認される状態を維持する。コントローラ５は、右眼３１ｒに関しても、視差光学素子１３に対して同様な制御を行う。

他の実施形態において、視差光学素子１３の開口率は５０％より低くてもよい。例えば、図６のように、第２領域５２の１つのサブピクセル群Ｐｇが１２のサブピクセルＰ１〜Ｐ１２より構成される場合、コントローラ５は、１つのサブピクセル群Ｐｇ中の光の透過率が高いサブピクセルの数が常に５つになるように制御してよい。その場合、コントローラ５は、図１１のような状態から、サブピクセルＰ７からの画像光を減光するように、視差光学素子１３を制御して光の透過率の低い画素Ｐを各左減光領域ＶｂＬの左側にさらに１つ配置しうる。

複数の実施形態の一つにおいて、ヘッドアップディスプレイ２Ａは、利用者３０に対して上述の如く第３画像を３次元画像として表示する第１状態と、２次元画像として表示する第２状態とを切り替え可能に構成されてよい。第１状態において、コントローラ５は、表示パネル６Ａに視差画像を表示させるとともに、視差光学素子１３に画像光の伝播方向を規定する透光領域１３ａ及び減光領域１３ｂを表示させる。第２状態において、コントローラ５は、表示パネル６Ａに２次元の画像を表現する２次元画像を表示させるとともに、視差光学素子１３を全体に透光状態として画像光を均一に透過させる。コントローラ５は、表示パネル６Ａと視差光学素子１３との状態の切り替えを同期させて制御する。これにより、ヘッドアップディスプレイ２Ａは、利用者３０に対して、第３画像として、適宜２次元画像と３次元画像との何れかを選択して表示することが可能になる。

以上のような構成により、ＨＵＤシステム１Ａは、図１２に示すように、利用者３０から見て反射光学素子４Ａ上に、第２画像６１と第３画像６２とを表示することができる。第２画像６１は、表示パネル６Ａの第１領域５１に対応する第１表示領域６３に、２次元画像として表示される。第３画像６２は、表示パネル６Ａの第２領域５２に対応する第２表示領域６４に、３次元画像として表示される。第３画像６２は、２次元画像と３次元画像との間で切り替えることもできる。

コントローラ５は、取得部７Ａから取得する利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置情報に応じて、第２画像６１及び第３画像６２を表示する位置を変更することができる。コントローラ５は、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置情報に応じて、第２画像６１と第３画像６２の何れか一方のみの表示する位置を変更してよい。例えば、コントローラ５は、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置情報に応じて、表示パネル６Ａに第２画像６１を表示する位置を変更し、表示パネル６Ａに第３画像６２を表示する位置を変更しないことも可能である。このようにすることによって、利用者３０の左眼３１ｌ及び右眼３１ｒの位置が低くなった場合、利用者３０から見て下側に位置する第２画像６１のみの位置が、利用者の視認可能な位置に変更されることができる。

コントローラ５は、入力部８Ａから入力を受ける移動体２０の速度に応じて、第２画像６１及び第３画像６２を表示する位置を変更することができる。コントローラ５は、移動体２０の速度に応じて、第２画像６１と第３画像６２の何れか一方のみの表示する位置を変更してよい。例えば、コントローラ５は、速度に応じて、表示パネル６Ａに第２画像６１を表示する位置を変更し、表示パネル６Ａに第３画像６２を表示する位置を変更しないことも可能である。このようにすることによって、移動体２０の速度が速くなった場合、利用者３０から見て下側に位置する第２画像６１のみの位置が、利用者の視線方向に合わせてより上側に変更されることができる。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更およ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、種々の変形および変更が可能である。例えば、実施形態および実施例に記載の複数の構成ブロックを１つに組合せたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。本開示に係る実施形態は装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

本開示の実施形態では、視差光学素子として液晶シャッタを用いた。視差光学素子は、液晶シャッタに限られず、視差画像の視域を実質的に規定することが可能な他の光学素子を使用することができる。例えば、視差光学素子として、複数のスリット状の開口部が平行に配列された板状のパララックスバリアを用いることができる。複数のスリット状の開口部は、視差画像の右眼画像を右眼に向かう光路の方向に透過させ、左眼画像を左眼に向けて透過させる。視差光学素子として、上述のような開口部が固定されたパララックスバリアを使用する場合、コントローラは、利用者の頭の動きに応じて、第２表示パネルの左眼画像を表示する複数のサブピクセルと右眼画像を表示する複数のサブピクセルを切り替えることができる。そのようにすることにより、コントローラは、利用者の眼の位置の動きに関わらず、利用者に対して３次元画像を表示し続けることができる。

視差光学素子としては、複数のレンチキュラレンズが平行に平面状に配列された光学部材を用いることができる。複数のレンチキュラレンズは、第２表示パネル上に交互に表示される視差画像の左眼画像と右眼画像とを、それぞれ右眼と左眼とに向かう光路に向けて偏向することができる。

１、１Ａ、 ヘッドアップディスプレイシステム（ＨＵＤシステム）
２、２Ａ ヘッドアップディスプレイ
３ 検出装置
４，４Ａ 反射光学素子
４ａ 第１反射領域
４ｂ 第２反射領域
５ コントローラ
６ 表示パネル
７、７Ａ 取得部
８、８Ａ 入力部
９ ＥＣＵ
１１ 第１画像
１２ 画像表示領域
１３ 視差光学素子
１３ａ 透光領域
１３ｂ 減光領域
１４ 光学系
２０ 移動体
３０ 利用者
３１Ｌ 左眼
３１Ｒ 右眼
３２ 視域
５１ 第１領域
５２ 第２領域
６１ 第２画像
６２ 第３画像
６３ 第１表示領域
７４ 第２表示領域
Ａ アクティブエリア
Ｐ 画素
Ｐｇ サブピクセル群
Ｖ１ 第１虚像
Ｖ２ 第２虚像
Ｖ３ 第３虚像
ＶａＬ 左可視領域
ＶｂＬ 左減光領域
ＶａＲ 右可視領域
ＶｂＲ 右減光領域

Claims (13)

1. 第１画像を表示するように構成された表示パネルと、
   前記表示パネルが表示する前記第１画像の画像光を反射するように構成された反射光学素子と、
   前記表示パネル上の前記第１画像を表示する位置を制御するように構成されるコントローラと、
   利用者の眼の位置を位置情報として取得可能に構成された取得部と、を含み、
   前記コントローラは、前記位置情報に応じて、前記表示パネルに前記第１画像を表示する位置を変更するように構成されている、ヘッドアップディスプレイ。
2. 前記コントローラは、前記位置情報に応じて、前記表示パネルに前記第１画像を表示する位置を前記利用者が前記第１画像を視認可能な範囲に限定するように構成されている、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
3. 移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイであって、前記移動体の速度の入力を受ける入力部をさらに備え、前記コントローラは、前記速度に応じて、前記表示パネルに前記第１画像を表示する位置を変更するように構成される、請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ。
4. 前記コントローラは、前記速度が速いほど前記利用者の視野内で前記第１画像が上側に視認されるように、前記表示パネルに前記第１画像を表示する位置を変更するように構成される、請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
5. 前記コントローラは、前記速度が遅いほど前記利用者の視野内で前記第１画像が下側に視認されるように、前記表示パネルに前記第１画像を表示する位置を変更するように構成される、請求項３または４に記載のヘッドアップディスプレイ。
6. 前記第１画像は、第２画像と、第３画像とを含み、
   前記コントローラは、
   前記速度に応じて、前記表示パネルに前記第２画像を表示する位置を変更し、
   前記速度に応じて、前記表示パネルに前記第３画像を表示する位置を変更しないように構成される、
   請求項３から５の何れか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。
7. 前記コントローラは、前記位置情報に応じて、前記表示パネルに前記第２画像を表示する位置を変更するように構成される、請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ。
8. 前記反射光学素子は、入射した画像光の一部を反射し、当該画像光の他の一部を透過するように構成された第１反射領域を含む、請求項１から７の何れか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。
9. 前記コントローラは、前記第１反射領域に、前記第１画像の少なくとも一部を投光するように制御可能に構成されている、請求項８に記載のヘッドアップディスプレイ。
10. 前記反射光学素子は、入射した画像光の一部を反射し、当該画像光の他の一部を実質的に遮光するように構成された第２反射領域を含む、請求項１から９の何れか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。
11. 前記コントローラは、前記第２反射領域に、前記第１画像の少なくとも一部を投光するように制御可能に構成されている、請求項１０に記載のヘッドアップディスプレイ。
12. ヘッドアップディスプレイと、
    利用者の眼の位置を位置情報として検出するように構成される検出装置と、
    を備え、
    前記ヘッドアップディスプレイは、
    第１画像を表示するように構成された表示パネルと、
    前記表示パネルが表示する前記第１画像の画像光を反射するように構成された反射光学素子と、
    前記表示パネル上の前記第１画像を表示する位置を制御するように構成されるコントローラと、
    前記位置情報を前記検出装置から取得可能に構成された取得部と、を含み、
    前記コントローラは、前記位置情報に応じて、前記表示パネルに前記第１画像を表示する位置を変更するように構成されている、ヘッドアップディスプレイシステム。
13. ヘッドアップディスプレイと、利用者の眼の位置を位置情報として検出するように構成される検出装置とを含み、前記ヘッドアップディスプレイは、第１画像を表示するように構成された表示パネルと、前記表示パネルが表示する前記第１画像の画像光を反射するように構成された反射光学素子と、前記表示パネル上の前記第１画像を表示する位置を制御するように構成されるコントローラと、前記位置情報を前記検出装置から取得可能に構成された取得部とを有し、前記コントローラは、前記位置情報に応じて、前記表示パネルに前記第１画像を表示する位置を変更するように構成されている、ヘッドアップディスプレイシステムを備える移動体。

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