JP6791058B2 - 立体表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、ヘッドアップディスプレイに用いられる立体表示装置に関する。

下記の特許文献１には、上記の立体表示装置において、光を屈折させるレンチキュラレンズを画素毎に備えた構成が提案されている。

特開平８−３２２０６７号公報

立体表示装置においては、画像の輝度を確保しつつ、ある視点への光に他の視点への光が混ざるクロストークを低減することが求められる。特許文献１の技術において、クロストークを低減させるためには、各画素を介して発せられる光の一部を遮断し、開口部分の割合である開口率を小さくするとよいが、画像の輝度が低下するという問題があった。

本開示は、ヘッドアップディスプレイに用いられる立体表示装置において、画像の輝度を確保しつつ、クロストークを抑制する技術を提供する。

本開示の立体表示装置は、画像表示部（２１）と、１または複数の発色屈折部（２３、２６、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ、３２Ｆ）と、視点屈折部（１６、１７）と、を備える。

画像表示部は、複数の発色部（２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ）を１画素分の画素素子として、縦方向および横方向に並べて配置された複数の発光部を用いて１組または複数組の視差画像を表示させるように構成される。

発色屈折部は、複数の発色部を介して発せられる光を透過させつつ、発色部毎に予め設定された角度で光を発散または集光するように構成される。
視点屈折部は、発色屈折部を透過した光を透過させつつ、各視点に向けて該光を屈折させるように構成される。

このような立体表示装置によれば、発色部毎に光を屈折させる発色屈折部を備えるので、発色屈折部の焦点距離近傍に発色部毎の色や輝度の情報を反映した点像を形成することができ、疑似的に開口率を下げた画像表示部の中間像を形成することができる。よって、ある視点への光に他の視点への光が混ざるクロストークを抑制することができる。また、クロストークを抑制するためには、発色部を介して発せられる光の一部を遮断し、開口率を小さくするとよいが、本開示の構成では、発色屈折部の焦点距離近傍に疑似的に開口率を下げた画像表示部の中間像を形成することができるので、発色部の開口率を比較的高く設定できる。よって、立体表示装置によって生成される画像の輝度を高くすることができる。

なお、開口率とは、各発色部の視点側の領域を全領域として、全領域の一部を遮蔽し、残りの部分を開口部分とする際に、全領域に対する開口部分の割合を表す。また、この欄および特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

立体表示装置をヘッドアップディスプレイに適用した図である。 第１実施形態に係る立体表示装置の構成を示す平面図である。 第１実施形態に係る液晶パネルの配置とレンズの配置との関係を示す模式図である。 第１実施形態に係る画像生成部の側面図である。 ピンホールアレイ板の正面図である。 光源の大きさと結像される像の大きさとの関係を示す平面図である。 回折光についての説明図である。 水平拡散板による効果を示す模式図である。 第２実施形態に係る立体表示装置の構成を示す平面図である。 第２実施形態に係る画像生成部の正面図である。 第２実施形態に係る画像生成部の平面図である。 第２実施形態に係る画像生成部の側面図である。 第３実施形態に係る画像生成部の平面図である。 第３実施形態に係る画像生成部の側面図である。 第４実施形態に係る画像生成部の平面図である。 第４実施形態に係る画像生成部の側面図である。 第５実施形態に係る画像生成部の平面図である。 第５実施形態に係る画像生成部の側面図である。 第６実施形態に係る画像生成部の平面図である。 第６実施形態に係る画像生成部の側面図である。 他の実施形態に係る液晶パネルの配置とレンズの配置との関係を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
本開示の一例であるヘッドアップディスプレイ１は、図１に示すように、車両ＡＭ等の移動体に搭載されて用いられるものであって、立体画像を提供する機能を有する。ヘッドアップディスプレイ１は、立体表示装置１０を備える。また、ヘッドアップディスプレイ１は、制御回路５０を備えてもよい。

立体表示装置１０は、表示装置から一定距離離れた位置に２つ以上の視点を有し、視点に応じた視差画像を提供できる装置である。なお、視差画像とは、表示すべき３次元表示物を設定した視点位置から２次元画像に透視投影したものである。

立体表示装置１０は、被投影部材であるフロントガラスＧに向けて画像に基づく光線を射出する。この光線はフロントガラスＧにて反射され、運転者の視線すなわちアイレンジＥＲへ向かう。そして、アイレンジＥＲにおいて、車両ＡＭの前方に虚像ＶＩを形成して運転者に視認させる。

虚像ＶＩとして表示する各種情報には、車両情報や前景情報を含む。車両情報とは、例えば、車両ＡＭの走行状態を示す数値情報、具体的には、車速、エンジン回転数、燃料残量等の情報が含まれる。また、前景情報とは、フロントガラスＧを通して運転者が視認する前景を補う情報、具体的には、歩行者や他車両の位置や進行方向、走行すべき経路の情報等が含まれる。

なお、被投影部材は、フロントガラスＧに限らず、周知のコンバイナであってもよい。また、図１における光軸Ｂは、例えば、立体表示装置１０が表示させた光の光路の中心等のある部位を示す模式的なものである。

制御回路５０は、立体表示装置１０が備える光源１１や液晶パネル２１（図２等参照）を制御するための制御信号を送る。具体的には、制御回路５０は、車両ＡＭが備える周知のセンサや運転者等が入力する指令に応じて、光源１１の輝度や液晶パネル２１により表示させる画像の種別等を特定するための制御信号を生成し、この制御信号を立体表示装置１０に送る。

立体表示装置１０は、図２に示すように、画像生成部２０Ａと、立体視用レンチキュラ１６と、投射レンズ１７と、を備える。立体表示装置１０は、光源１１、照明レンズ１２を備えてもよい。

［１−２．画像生成部の構成］
画像生成部２０Ａは、画像表示部２２と、遮光拡散板２４と、を備え、画像表示部２２は、液晶パネル２１と、サブピクセルＭＬＡ２３と、を備える。なお、ＭＬＡはマイクロレンズアレイの略である。

本実施形態の画像生成部２０Ａは、超多眼方式の立体表示に対応する。超多眼方式とは、複数組の視差画像を人の瞳孔径以下の間隔で表示させる方式を表す。通常の多眼方式が、距離知覚の機能として輻輳と両眼視差、運動視差を誘起するのに対して、超多眼方式では、さらに調節機能も誘起できる。超多眼方式については、例えば、特開2012-18245や、論文「Y. Takaki, Y. Urano, S. Kashiwada, H. Ando, and K. Nakamura, "Super multi-view windshield display for long-distance image information presentation," Opt. Express 19, 704-716 (2011)」等に記載の技術を用いることができる。

なお、本実施形態の構成は超多眼方式での表示に対応しているが、本開示は超多眼ではない通常の多眼方式やインテグラルイメージングなどの他の立体表示方式にも対応できる。
液晶パネル２１、サブピクセルＭＬＡ２３、および遮光拡散板２４は、それぞれ板状に形成される。

立体視用レンチキュラ１６および投射レンズ１７は、画像生成部２０Ａから射出された光を透過させつつ、各視点に向けて該光を屈折させるように構成される。立体視用レンチキュラ１６は、周知のレンチキュラレンズとして構成され、投射レンズ１７は周知の凸レンズまたは凹レンズとして構成される。これらのレンズの曲率及び屈折率は、立体表示装置１０にて生成された画像がアイレンジＥＲにて良好に結像されるよう設定される。

本実施例においては、立体視用レンチキュラ１６および投射レンズ１７について、それぞれ視点の分割そしてアイレンジＥＲへの視点の形成と機能を分割して構成しているが、立体使用レンチキュラ１６のピッチを変更して、機能を統合して構成してもよい。
また投射レンズ１７には薄型化のためにフレネルレンズや回折光学素子を用いることもできる。より好適には、ウインドウシールドの形状により発生する収差を補正するための自由曲面形状を有する光学素子や，自由曲面形状に対応した位相情報を有する回折光学素子でもよい。

光源１１は、図２に示すように、制御回路５０からの制御信号に応じて、液晶パネル２１のバックライトとなる光を射出し、照明レンズ１２を介してこの光を液晶パネル２１に供給する。照明レンズ１２は、光源１１により発せられた光を平行光となるように屈折させる周知の凸レンズとして構成される。また、照明レンズ１２には薄型化のためにフレネルレンズや回折光学素子を用いてもよい。なお、光源１１には、例えば、ＬＥＤやレーザ装置等の任意の照明装置を用いることができる。

液晶パネル２１は、図２および図３に示すように、複数の発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを１画素分の画素素子として、縦方向および横方向に並べて配置された複数の発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを備える。液晶パネル２１は、制御回路５０からの制御信号に応じて、それぞれの発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを透過する光の量を制御することによって、複数組の視差画像を表示させるように構成される。

液晶パネル２１は、光源１１からの光を透過させるように構成されており、複数の発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、縦方向および横方向に異なる色の発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを並べることによって画素素子を構成する。

ここで、縦方向とは、図３に示すように、鉛直方向に対応する方向であるものの、鉛直方向と一致する方向ではなく、鉛直方向に対して予め設定された若干の角度を有する方向である。また、横方向とは、縦方向と直交する方向であり、水平方向予め設定された若干の角度を有する方向である。

図３に示す例では、各発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂのうちの同一の数字が記載された発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂが同一の視差画像に対応する。つまり、鉛直方向に並ぶＲ，Ｇ，Ｂの３つの発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂが１画素を構成する。

この構成では、図３にて示す数字の数だけ視差画像を生成することができるので、鉛直方向と縦方向とを一致させる通常の液晶パネルと比較して、水平方向の解像度を高くすることできる。例えば、多数の視差画像を生成する際に、水平方向の解像度を確保しやすくすることができる。

なお、液晶パネル２１は、各発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの立体視用レンチキュラ１６側の領域を全領域として、全領域の一部を遮蔽し、残りの部分を開口部分とするよう構成される。全領域に対する開口部分の割合を開口率とする。この開口率は、クロストークが発生しにくいように、適切に設定される。

遮光拡散板２４は、図４に示すように、ピンホールアレイ板２５と、水平拡散板２６と、を備える。ピンホールアレイ板２５および水平拡散板２６は、それぞれ板状に形成される。サブピクセルＭＬＡ２３および水平拡散板２６は、複数の発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを介して発せられる光を透過させつつ、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ毎に予め設定された角度で該光を集光、または発散させるように構成される。なお、図４、図８、図１１−図２０に記載された矢印は、光源１１にて発せられた光の進行方向を示す。

サブピクセルＭＬＡ２３は、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ毎に光を屈折させるマイクロレンズが縦横に多数並ぶアレイ配置されて構成されたマイクロレンズアレイとして構成される。それぞれのマイクロレンズは、鉛直方向および水平方向に対して集光する凸レンズとして構成される。なお、マイクロレンズは、鉛直方向および水平方向について同様の屈折率に設定される。また，マイクロレンズは非球面レンズや回折光学素子やホログラフィック光学素子で構成されてもいい．

水平拡散板２６は、サブピクセルＭＬＡ２３を通過した光を水平方向にだけ拡散させるように屈折させる機能を有する。水平拡散板２６には、例えば、ホログラフィ素子やレンチキュラレンズ等を採用できる。

ピンホールアレイ板２５は、図４および図５に示すように、サブピクセルＭＬＡ２３よりもサブピクセルＭＬＡ２３による焦点位置Ｆ側に配置され、サブピクセルＭＬＡ２３により集光された光を通過させるための多数の孔部２５Ｈを有する。

多数の孔部２５Ｈは、サブピクセルＭＬＡ２３を構成するマイクロレンズ毎に形成され、サブピクセルＭＬＡ２３により集光された光以外の光の大部分を遮断できる程度の大きさに設定される。

なお、サブピクセルＭＬＡ２３によって結像される像は、クロストークの抑制のためには、サブピクセル、すなわち個々の発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの大きさよりも小さくなることが好ましい。

このための条件としては、図６に示すように、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの横方向の長さをｘ、縦方向の長さをｙ、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの配置間隔（ピッチ）をp_x、p_y、光源の横方向の大きさをd_sx、縦方向の大きさをd_sy、照明レンズ１２の焦点距離をf_IL、サブピクセルＭＬＡ２３の焦点距離をf_MLAとしたとき、
d_sx ×f_MLA / f_IL < p_xかつd_sy ×f_MLA / f_IL < p_y
を満たすとよい。

より好適には、立体視用レンチキュラレンズ１６のピッチをP_L、レンチキュラレンズの角度をθ、超多眼方式で設定される視点数をNとしたときに、
d_sx ×f_MLA / f_IL ×cosθ+ d_sy ×f_MLA / f_IL ×sinθ < P_L/ N
を満たすようにすればよい。なお、レンチキュラレンズの角度θは、図３に示す水平方向と横方向の角度差を表す。上式を満たすことでサブピクセルＭＬＡ２３によって結像される像を立体視用レンチキュラレンズ１６のピッチ方向に射影した長さがレンチキュラレンズ１６のピッチを視点数で割った数、つまり１視点に割り当てられた投影長さよりも小さくなるため、クロストークをより低減できる。

また、液晶パネル２１の開口部では、光の回折現象が発生しやすいことが知られている。すなわち、液晶パネル２１に平行光を入射しても、回折によって発散光が生じやすいことを示す。この傾向は、図７に示すように、液晶パネル２１とサブピクセルＭＬＡ２３との距離Ｌが離れると、より顕著になる。そこで、本実施形態では、液晶パネル２１とサブピクセルＭＬＡ２３とを接触して配置している。この構成に加え、ピンホールアレイ板２５を配置することで、不要光を抑制するようにしている。

［１−３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）本開示のヘッドアップディスプレイ１は、液晶パネル２１と、サブピクセルＭＬＡ２３と、水平拡散板２６と、立体視用レンチキュラ１６と、投射レンズ１７と、を備える。

液晶パネル２１は、複数の発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを１画素分の画素素子として、縦方向および横方向に並べて配置された複数の発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを用いて１組または複数組の視差画像を表示させるように構成される。

サブピクセルＭＬＡ２３および水平拡散板２６は、複数の発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを介して発せられる光を透過させつつ、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ毎に予め設定された方向に該光を屈折させるように構成される。

立体視用レンチキュラ１６および投射レンズ１７は、サブピクセルＭＬＡ２３および水平拡散板２６を透過した光を透過させつつ、各視点に向けて該光を屈折させるように構成される。

このようなヘッドアップディスプレイ１によれば、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ毎に光を屈折させるサブピクセルＭＬＡ２３および水平拡散板２６を備えるので、サブピクセルＭＬＡ２３の焦点近傍で、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ毎の情報を有する点像群を形成することができる．本実施形態では、略平行光で液晶パネル２１を照明することで、点像の大きさを十分小さくしているので、点像群は開口率を下げた液晶パネル２１とみなすことができる。液晶パネル２１の開口率を大きくしても点像群の開口率は増大しないので、画像の輝度を高めつつクロストークを低減できる。よって、ヘッドアップディスプレイ１によって生成される画像の輝度を高くすることができる。

（１ｂ）上記のヘッドアップディスプレイ１においてサブピクセルＭＬＡ２３は、鉛直方向および水平方向の少なくとも１方向に対して光を屈折させるように構成され、水平拡散板２６は、水平方向にだけ光を屈折させるように構成される。

このようなヘッドアップディスプレイ１によれば、水平拡散板２６が水平方向にだけ光を屈折させるので、視域の幅、つまりアイレンジの水平方向の長さを調整しやすい構成とすることができる。

より詳細には、図８に示すように、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂが縦長であるため、水平拡散板２６が存在しない場合には、縦長のアイレンジＥＲとなる。つまり、θｈ１＜θｖとなる。しかし、水平拡散板２６を設け、水平方向に光を拡散させることによって、アイレンジＥＲの水平方向の角度をθｈ２に広げ、横長のアイレンジＥＲとすることができる。つまり、θｖ＜θｈ２とすることができる。

（１ｃ）上記のヘッドアップディスプレイ１においてサブピクセルＭＬＡ２３は、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ毎に光を屈折させるマイクロレンズがアレイ配置されて構成されたマイクロレンズアレイとして構成される。水平拡散板２６は、サブピクセルＭＬＡ２３を通過した光を水平方向だけに拡散させるように構成される。

このようなヘッドアップディスプレイ１によれば、複数のレンチキュラレンズを備えた構成と比較して、外観が概ね平板である部材でヘッドアップディスプレイ１を構成できるので、ヘッドアップディスプレイ１の組み立てを容易に行うことができる。より詳細には、画像生成部２０Ａが複数のレンチキュラレンズを備えて構成される場合は、液晶パネルと複数のレンチキュラレンズのお互いの位置、及び角度を調整しなければならない。しかし、サブピクセルＭＬＡ２３と水平拡散板２５を備えた本実施形態の構成ならば、液晶パネル２１とサブピクセルＭＬＡ２３は、お互いの位置と角度調整のみを行えばよく、水平拡散板は角度調整のみを行えばよいので、組立が容易になる。

（１ｄ）上記のヘッドアップディスプレイ１は、ピンホールアレイ板２５をさらに備える。ピンホールアレイ板２５は、サブピクセルＭＬＡ２３よりもサブピクセルＭＬＡ２３による焦点位置Ｆ側に配置され、サブピクセルＭＬＡ２３により集光された光を通過させるための多数の孔部２５Ｈを有する。

このようなヘッドアップディスプレイ１によれば、ピンホールアレイ板２５がサブピクセルＭＬＡ２３により集光された光以外の散乱光等を遮断するので、クロストークをより抑制することができる。なお、ピンホールアレイ板２５は本実施形態のみにて開示するが、下記の各実施形態の構成にも適用することができる。

（１ｅ）上記のヘッドアップディスプレイ１は、複数の発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに対して平行光を供給するように構成された光源１１、照明レンズ１２をさらに備える。
このようなヘッドアップディスプレイ１によれば、画像生成部２０Ａでの回折による発散光を低減することができる。

［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態のヘッドアップディスプレイ１では、サブピクセルＭＬＡ２３および水平拡散板２６を有する画像生成部２０Ａを備えた。これに対し、第２実施形態のヘッドアップディスプレイ２では、画像生成部２０Ａに換えて、ピクセルレンチキュラ３１Ｂおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｂを有する画像生成部２０Ｂを備える点で、第１実施形態と相違する。

［２−２．構成］
第２実施形態のヘッドアップディスプレイ２において、立体表示装置１０は、図９に示すように、画像生成部２０Ｂを備える。画像生成部２０Ｂは、前述の液晶パネル２１に加えて、ピクセルレンチキュラ３１Ｂ、およびサブピクセルレンチキュラ３２Ｂを備える。

ピクセルレンチキュラ３１Ｂおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｂは、液晶パネル２１の立体視用レンチキュラ１６、投射レンズ１７側に重ねて配置される。特に、画像生成部２０Ｂでは、液晶パネル２１、ピクセルレンチキュラ３１Ｂ、サブピクセルレンチキュラ３２Ｂの順で積層される。

また、ピクセルレンチキュラ３１Ｂおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｂは、それぞれ凸レンズであり、周知のレンチキュラレンズとして構成される。レンチキュラレンズは、複数の半円柱状レンズを所定のピッチで配列して構成され、所定の曲率半径を持つレンズ部と、レンズ部の反対側にほぼ平板としての形状を有する平面部とを有し、所定の厚さを持つ透明な構造物である。レンチキュラレンズは、例えば、ガラス製、或いは樹脂製とされる。

ピクセルレンチキュラ３１Ｂは、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの縦方向の配置間隔と一致する幅を有する半円柱状レンズを鉛直方向に並べて配置する構成とされる。サブピクセルレンチキュラ３２Ｂは、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの横方向の配置間隔と一致する幅を有する半円柱状レンズを水平方向に並べて配置して構成される。サブピクセルレンチキュラ３２Ｂは、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ毎に光を屈折させる。

立体表示装置１０は、図１０、図１１、図１２に示すように、ピクセルレンチキュラ３１Ｂおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｂの間に、スペーサ４１を備える。スペーサ４１は、ピクセルレンチキュラ３１Ｂおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｂの上端、右端、左端のそれぞれにおいて同じ厚みを有する角柱状の部材が配置され、ピクセルレンチキュラ３１Ｂとサブピクセルレンチキュラ３２Ｂとの間隔を一定にした状態でこれらを保持する。

このように保持されたピクセルレンチキュラ３１Ｂおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｂによる焦点位置Ｆ、つまり結像位置は、ピクセルレンチキュラ３１Ｂおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｂの光軸に直交する同一平面上に位置するように構成される。

本実施形態での焦点位置Ｆは、サブピクセルレンチキュラ３２Ｂよりも立体視用レンチキュラ１６側となるため、第１実施形態で示すピンホールアレイ板２５を配置する場合には、サブピクセルレンチキュラ３２Ｂの立体視用レンチキュラ１６側に配置するとよい。

なお、サブピクセルレンチキュラ３２Ｂによって結像される像は、クロストークの抑制のためには、第１実施形態と同様に、サブピクセル、すなわち個々の発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの大きさよりも小さくなることが好ましい。

第２実施形態では、ピクセルレンチキュラ３１Ｂの焦点距離をf_lentiy、サブピクセルレンチキュラ３２Ｂをf_lentix、としたときに、
d_sx ×f_lentix / f_IL < p_xかつd_sy ×f_lentiy/ f_IL < p_y
を満たすとよい。

また、
d_sx ×f_lentix / f_IL ×cosθ + d_sy ×f_lentiy/ f_IL × sinθ < P_L/ N
を満たすようにすればよい。この構成では、上記に述べたようにクロストークを低減することができる。

［２−３．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（２ａ）上記のヘッドアップディスプレイ２において、複数の発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、横方向に異なる色の発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを並べることによって画素素子を構成する。そして、ピクセルレンチキュラ３１Ｂ、およびサブピクセルレンチキュラ３２Ｂを備える。

ピクセルレンチキュラ３１Ｂは、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの縦方向の配置間隔と一致する幅を有する半円柱状レンズを鉛直方向に並べて配置して構成される。サブピクセルレンチキュラ３２Ｂは、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの横方向の配置間隔と一致する幅を有する半円柱状レンズを水平方向に並べて配置して構成される。

このようなヘッドアップディスプレイ２によれば、互いに直交する方向への光の屈折を行う複数のレンチキュラレンズを用いて、鉛直方向および水平方向に光を屈折させるので、それぞれの方向に良好に光を拡散させることができる。

（２ｂ）上記のヘッドアップディスプレイ２は、ピクセルレンチキュラ３１Ｂおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｂは、液晶パネル２１の立体視用レンチキュラ１６、投射レンズ１７側に重ねて配置される。

このようなヘッドアップディスプレイ２によれば、ピクセルレンチキュラ３１Ｂおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｂの間隔を自由に調整できるので、ピクセルレンチキュラ３１Ｂおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｂによって集光される像の光軸方向での位置の調整を容易に調整することができる。

（２ｃ）上記のヘッドアップディスプレイ２において、ピクセルレンチキュラ３１Ｂおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｂによる焦点位置Ｆは、ピクセルレンチキュラ３１Ｂおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｂの光軸に直交する同一平面上に位置するように構成される。

このようなヘッドアップディスプレイ２によれば、複数のレンチキュラ３１Ｂ、３２Ｂを用いる構成において画像のボケを抑制することができる。
［３．第３実施形態］
［３−１．第２実施形態との相違点］
前述した第２実施形態のヘッドアップディスプレイ２では、それぞれ凸レンズであるピクセルレンチキュラ３１Ｂおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｂを有する画像生成部２０Ｂを備えた。これに対し、第３実施形態のヘッドアップディスプレイ３では、凹レンズで構成されるピクセルレンチキュラ３１Ｃを有する画像生成部２０Ｃを備える点で、第２実施形態と相違する。

［３−２．構成］
第３実施形態のヘッドアップディスプレイ３において、立体表示装置１０は、図１３および図１４に示すように、画像生成部２０Ｃを備える。画像生成部２０Ｃは、前述の液晶パネル２１に加えて、ピクセルレンチキュラ３１Ｃ、およびサブピクセルレンチキュラ３２Ｃを備える。

ピクセルレンチキュラ３１Ｃおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｃは、液晶パネル２１の立体視用レンチキュラ１６、投射レンズ１７側に重ねて配置される。特に、画像生成部２０Ｃでは、液晶パネル２１、サブピクセルレンチキュラ３２Ｃ、ピクセルレンチキュラ３１Ｃ、の順で積層される。

また、ピクセルレンチキュラ３１Ｃおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｃは、それぞれ凹レンズと凸レンズであり、周知のレンチキュラレンズとして構成される。このように保持されたピクセルレンチキュラ３１Ｃおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｃによる焦点位置Ｆは、ピクセルレンチキュラ３１Ｃおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｃの間になるよう設定される。なお、焦点位置Ｆは、ピクセルレンチキュラ３１Ｃおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｃの光軸に直交する同一平面上に位置するように構成される。

［３−３．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（３ａ）上記のヘッドアップディスプレイ３では、液晶パネル２１、凸レンズであるサブピクセルレンチキュラ３２Ｃ、凹レンズであるピクセルレンチキュラ３１Ｃ、の順で積層される。

このようなヘッドアップディスプレイ３によれば、複数のレンチキュラレンズを用いる構成において、液晶パネル２１とサブピクセルレンチキュラ３２Ｃとの距離を近づけることができるので、液晶パネル２１の開口部での光の回折現象を発生しにくくすることができる。

［４．第４実施形態］
［４−１．上記実施形態との相違点］
前述した第２実施形態および第３実施形態のヘッドアップディスプレイ２、３では、少なくとも１つの凸レンズであるレンチキュラレンズを有する画像生成部２０Ｂ、２０Ｃを備えた。これに対し、第４実施形態のヘッドアップディスプレイ４では、凹レンズである複数のレンチキュラレンズを有する画像生成部２０Ｄを備える点で、上記実施形態と相違する。

［４−２．構成］
第４実施形態のヘッドアップディスプレイ４において、立体表示装置１０は、図１５および図１６に示すように、画像生成部２０Ｄを備える。画像生成部２０Ｄは、前述の液晶パネル２１に加えて、ピクセルレンチキュラ３１Ｄ、およびサブピクセルレンチキュラ３２Ｄを備える。

また、ピクセルレンチキュラ３１Ｄおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｄは、それぞれ凹レンズであり、レンチキュラレンズとして構成される。このように保持されたピクセルレンチキュラ３１Ｄおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｄによる焦点位置Ｆは、液晶パネル２１の表面、つまり、液晶パネル２１の立体視用レンチキュラ１６側の面上となるよう設定される。

［４−３．効果］
以上詳述した第４実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（４ａ）第４実施形態のヘッドアップディスプレイ４では、ピクセルレンチキュラ３１Ｄおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｄによる焦点位置Ｆが液晶パネル２１の表面上となるように構成される。

このようなヘッドアップディスプレイ３によれば、複数のレンチキュラレンズを用いる構成において、レンチキュラレンズの焦点位置Ｆを液晶パネル２１の表面上とするので、液晶パネル２１の開口部での光の回折現象の影響を受けにくくすることができる。

［５．第５実施形態］
［５−１．上記実施形態との相違点］
前述した第２、第３、第４実施形態のヘッドアップディスプレイ２、３、４では、複数のレンチキュラレンズを液晶パネル２１の片側で積層するように画像生成部２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを構成した。これに対し、第５実施形態のヘッドアップディスプレイ５では、複数のレンチキュラレンズが液晶パネル２１を挟むように配置された画像生成部２０Ｅを備える点で、上記実施形態と相違する。

［５−２．構成］
第５実施形態のヘッドアップディスプレイ５において、立体表示装置１０は、図１７および図１８に示すように、画像生成部２０Ｅを備える。画像生成部２０Ｅは、前述の液晶パネル２１に加えて、ピクセルレンチキュラ３１Ｅ、およびサブピクセルレンチキュラ３２Ｅを備える。

ピクセルレンチキュラ３１Ｅは、液晶パネル２１の光源１１側にて液晶パネル２１に接するように配置され、水平拡散板２６、サブピクセルレンチキュラ３２Ｅは、液晶パネル２１の立体視用レンチキュラ１６および投射レンズ１７側にて液晶パネル２１に接するように配置される。つまり、それぞれのレンチキュラレンズ３１Ｅ、３２Ｅは、液晶パネル２１に直接接合されるので、スペーサ４１が不要となっている。

また、ピクセルレンチキュラ３１Ｅおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｅは、それぞれ凸レンズであり、レンチキュラレンズとして構成される。このように保持されたピクセルレンチキュラ３１Ｄおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｄによる焦点位置Ｆは、サブピクセルレンチキュラ３２Ｄよりも立体視用レンチキュラ１６側になるよう設定される。

［５−３．効果］
以上詳述した第５実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（５ａ）上記のヘッドアップディスプレイ５は、液晶パネル２１は、光源からの光を透過させるように構成されており、ピクセルレンチキュラ３１Ｅは、液晶パネル２１の光源１１側に配置され、水平拡散板２６、サブピクセルレンチキュラ３２Ｅは、液晶パネル２１の立体視用レンチキュラ１６および投射レンズ１７側に配置される。

このようなヘッドアップディスプレイ５によれば、ピクセルレンチキュラ３１Ｅとサブピクセルレンチキュラ３２Ｅとの間に間隔を確保する必要がないため、間隔を確保するためのスペーサ４１の配置を不要とすることができる。

［６．第６実施形態］
［６−１．第５実施形態との相違点］
前述した第５実施形態では、複数のレンチキュラレンズが液晶パネル２１を挟むように配置された構成において、凸レンズからなる複数のレンチキュラレンズを有する画像生成部２０Ｅを備えた。これに対し、第６実施形態では、凹レンズおよび凸レンズからなる複数のレンチキュラレンズを有する画像生成部２０Ｆを備えた点で、第５実施形態と相違する。

［６−２．構成］
第６実施形態のヘッドアップディスプレイ６において、立体表示装置１０は、図１９および図２０に示すように、画像生成部２０Ｆを備える。画像生成部２０Ｆは、前述の液晶パネル２１に加えて、ピクセルレンチキュラ３１Ｆ、およびサブピクセルレンチキュラ３２Ｆを備える。

ピクセルレンチキュラ３１Ｆは、液晶パネル２１の光源１１側にて液晶パネル２１に接するように配置され、凸レンズとして構成される。サブピクセルレンチキュラ３２Ｅは、液晶パネル２１の立体視用レンチキュラ１６側にて液晶パネル２１に接するように配置され、凹レンズとして構成される。

ピクセルレンチキュラ３１Ｆおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｆによる焦点位置Ｆは、液晶パネル２１の表面上となるように構成される。
［６−３．効果］
以上詳述した第６実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（６ａ）第６実施形態のヘッドアップディスプレイ６では、ピクセルレンチキュラ３１Ｆおよびサブピクセルレンチキュラ３２Ｆによる焦点位置Ｆが液晶パネル２１の表面上となるように構成される。

このようなヘッドアップディスプレイ６によれば、複数のレンチキュラレンズを用いる構成において、レンチキュラレンズの焦点位置Ｆを液晶パネル２１の表面上とするので、液晶パネル２１の開口部での光の回折現象の影響を受けにくくすることができる。

［７．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（７ａ）上記実施形態では、図３に示すように発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂが配置された液晶パネル２１を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、図２１に示すような液晶パネル２１Ａを用いてもよい。

液晶パネル２１Ａでは、最上段の発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂが、左から順にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂの順に並ぶ場合、この１つ下の段では、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１ＢがＧ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒの順に並ぶように構成される。また、さらにその下の段では、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１ＢがＢ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇの順に並ぶように構成される。

この構成では、縦方向に並ぶ発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを用いて、１画素分の画素素子を構成できるので、液晶パネル２１Ａとレンズ２３、３２とを斜めに傾けて配置する必要がなく、縦方向と鉛直方向とを一致させるとともに、横方向と水平方向とを一致させて配置することができる。この構成では、液晶パネル２１Ａを構成する画素の利用効率を向上させることができる。

なお、水平方向の解像度を考慮しない場合には、横方向に並ぶ発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを用いて１画素分の画素素子を形成する通常の液晶パネルに対して、液晶パネル２１Ａとレンズ２３、３２とを斜めに傾けることなく配置する、通常の配置としてもよい。

（７ｂ）上記実施形態では、液晶パネル２１を採用し、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂはバックライトを透過させることで発色するよう構成したが、これに限定されるものではない。例えば、有機ＥＬディスプレイ等、発色部２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ自体が発光することで発色する構成としてもよい。この構成は、第１〜第４実施形態の構成に適用できる。

（７ｃ）上記第１実施形態では、サブピクセルＭＬＡ２３を構成するマイクロレンズが、鉛直方向および水平方向について同様の曲率となるよう構成したが、これに限定されるものではない。例えば、マイクロレンズは、鉛直方向および水平方向で曲率が異なるＭＬＡとして構成されてもよい。水平方向において、第１実施形態のサブピクセルＭＬＡ２３と水平拡散板２６とを組み合わせたときの水平方向の発散角になるよう設定すれば、水平拡散板２６の配置を省略することができる。

（７ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（７ｃ）上述したヘッドアップディスプレイ１〜６の他、当該ヘッドアップディスプレイ１〜６を構成要素とするシステム、１または複数の発色屈折部を用いて視差画像を生成する画像生成方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

［８．実施形態の構成と本開示の構成との対応関係］
上記の実施形態において光源１１、照明レンズ１２は本開示でいう光提供部に相当し、液晶パネル２１は本開示でいう画像表示部に相当し、サブピクセルＭＬＡ２３、水平拡散板２６、サブピクセルレンチキュラ３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ、３２Ｆ、ピクセルセンチキュラ３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆは本開示でいう発色屈折部に相当する。また、立体視用レンチキュラ１６、投射レンズ１７本開示でいう視点屈折部に相当し、サブピクセルＭＬＡ２３、ピクセルセンチキュラ３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆ本開示でいう第１屈折部に相当する。

また、水平拡散板２６、サブピクセルレンチキュラ３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ、３２Ｆ本開示でいう第２屈折部に相当し、ピクセルセンチキュラ３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆ本開示でいう縦レンチキュラレンズに相当する。また、サブピクセルレンチキュラ３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ、３２Ｆ本開示でいう横レンチキュラレンズに相当し、サブピクセルＭＬＡ２３本開示でいうマイクロレンズアレイに相当する。

１，２，３，４，５，６…ヘッドアップディスプレイ、１０…立体表示装置、１１…光源、１２…照明レンズ、１６…立体視用レンチキュラ、１７…投射レンズ、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ…画像生成部、２１，２１Ａ…液晶パネル、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ…発色部、２３…サブピクセルＭＬＡ、２４…遮光拡散板、２５…ピンホールアレイ板、２５Ｈ…孔部、２６…水平拡散板、３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅ，３１Ｆ…ピクセルレンチキュラ、３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ…サブピクセルレンチキュラ、５０…制御回路。

Claims (8)

1. ヘッドアップディスプレイ（１）に用いられる立体表示装置（１０）であって、
   複数の発色部（２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ）を１画素分の画素素子として、縦方向および横方向に並べて配置された複数の発光部を用いて複数の視差画像を表示させるように構成された画像表示部（２１）と、
   前記複数の発色部を介して発せられる光を透過させつつ、前記発色部毎に予め設定された角度で該光を集光、または発散させるように構成された１または複数の発色屈折部（２３、２６、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ、３２Ｆ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆ）と、
   前記発色屈折部を透過した光を透過させつつ、各視点に向けて該光を屈折させるように構成された視点屈折部（１６、１７）と、
   を備え、
   前記発色屈折部は、
   鉛直方向および水平方向の少なくとも１方向に対して光を屈折させるように構成された第１屈折部（２３、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆ）と、
   前記水平方向にだけ光を屈折させるように構成された第２屈折部（２６、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ、３２Ｆ）と、
   をさらに備える立体表示装置。
2. 請求項１に記載の立体表示装置であって、
   前記第１屈折部は、前記発色部の縦方向の配置間隔と一致する幅を有する半円柱状レンズを前記鉛直方向に並べて配置して構成された縦レンチキュラレンズ（３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆ）を備え、
   前記第２屈折部は、前記発色部の横方向の配置間隔と一致する幅を有する半円柱状レンズを前記水平方向に並べて配置して構成された横レンチキュラレンズ（３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ、３２Ｆ）を備える
   ように構成された立体表示装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の立体表示装置であって、
   前記画像表示部は、光源からの光を透過させるように構成されており、
   前記第１屈折部は、前記画像表示部の前記光源側に配置され、
   前記第２屈折部は、前記画像表示部の前記視点屈折部側に配置される
   ように構成された立体表示装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の立体表示装置であって、
   前記第１屈折部および前記第２屈折部は、前記画像表示部の前記視点屈折部側に重ねて配置される
   ように構成された立体表示装置。
5. 請求項１に記載の立体表示装置であって、
   前記第１屈折部は、前記発色部毎に光を屈折させるマイクロレンズがアレイ配置されて構成されたマイクロレンズアレイ（２３）を備え、
   前記第２屈折部は、マイクロレンズアレイを通過した光を前記水平方向だけに拡散させるように構成された水平拡散板（２６）を備える
   ように構成された立体表示装置。
6. 請求項１から請求項５の何れか１項に記載の立体表示装置であって、
   前記第１屈折部よりも前記第１屈折部による焦点位置側に、前記第１屈折部により集光された光を通過させるための多数の孔部を有するピンホールアレイ板（２５）、
   をさらに備える立体表示装置。
7. 請求項１から請求項６の何れか１項に記載の立体表示装置であって、
   前記第１屈折部および前記第２屈折部による焦点位置は、前記第１屈折部および前記第２屈折部の光軸に直交する同一平面上に位置する
   ように構成される立体表示装置。
8. 請求項１から請求項７の何れか１項に記載の立体表示装置であって、
   前記複数の発色部に対して平行光を供給するように構成された光提供部（１１、１２）
   をさらに備える立体表示装置。

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