JP7126115B2 - 表示システム、移動体、及び、設計方法 - Google Patents

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Description

本開示は、一般に表示システム、移動体、及び設計方法に関し、特に対象空間に虚像を投影する表示システム、移動体、及び表示システムの設計方法に関する。
特許文献１は、車両のフロントガラスに映像光を投影することにより、運転者の目に対してフロントガラスの前方に虚像を投影するヘッドアップディスプレイ装置を開示する。ヘッドアップディスプレイ装置は、表示素子と、可動ミラーと、可動部と、第１のミラーと、第２のミラーと、を備える。可動ミラーは、表示素子が射出した表示光を第１のミラーに向けて反射する。第１のミラーは、可動ミラーが反射した表示光を第２のミラーに向けて反射する。第２のミラーは、第１のミラーが反射した表示光を反射、および、集光させ、フロントガラスに向けて射出させる。
国際公開第２０１７／１６３２９２号
特許文献１では、可動ミラーを第１のミラーに近い第１位置から第１のミラーから遠い第２位置に移動させることで、虚像をより遠くに表示することが可能である。つまり、虚像の視点位置から虚像を重ねる位置までの距離を長くしようとした場合には、虚像の投影に用いるミラー等を含む光学系が大型化してしまう。
本開示の課題は、虚像の視点位置から虚像を重ねる位置までの距離を維持しながら小型化が図れ、しかも虚像の歪みを低減できる表示システム、移動体、及び設計方法を提供することである。
本開示の一態様の表示システムは、対象空間中の対象位置に虚像を重ねて表示する表示システムである。前記虚像の視点位置から前記虚像の表示位置までの距離である表示距離をＬ１［ｍ］とする。前記視点位置から前記対象位置までの距離である対象距離の最大値をＬ２ｍａｘ［ｍ］とする。｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０より大きく０．０６以下である。
本開示の一態様の移動体は、移動体本体と、前記移動体本体に搭載される上記態様の表示システムと、を備える。
本開示の一態様の設計方法は、対象空間中の対象位置に虚像を重ねて表示する表示システムの設計方法であって、第１ステップと、第２ステップと、を含む。前記第１ステップは、前記虚像の視点位置から前記虚像の表示位置までの距離である表示距離を決定するステップである。前記第２ステップは、前記視点位置から前記対象位置までの距離である対象距離の最大値を決定するステップである。前記表示距離をＬ１［ｍ］とする。前記最大値をＬ２ｍａｘ［ｍ］とする。｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０より大きく０．０６以下である。
本開示の態様によれば、虚像の視点位置から虚像を重ねる位置までの距離を維持しながら小型化が図れる、しかも虚像の歪みを低減できるという効果を奏する。
図１は、一実施形態の表示システムの概念図である。 図２は、上記表示システムを備える移動体（自動車）の概念図である。 図３は、上記表示システムを用いた場合のユーザの視野を示す概念図である。 図４は、上記表示システムの説明図である。 図５は、虚像の表示の評価結果を示すグラフである。
１．実施形態
１．１ 概要
図１は、表示システム１０を示す。表示システム１０は、対象空間４００中の対象位置Ｐ４１０に虚像３１０を重ねて表示する。虚像３１０の視点位置Ｐ２００から虚像３１０の表示位置Ｐ３１０までの距離である表示距離をＬ１［ｍ］とする。視点位置Ｐ２００から対象位置Ｐ４１０までの距離である対象距離の最大値をＬ２ｍａｘ［ｍ］とする。｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０より大きく０．０６以下である。
表示システム１０では、表示距離Ｌ１と対象距離の最大値Ｌ２ｍａｘとが、０＜｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜≦０．０６の関係を満たす。そのため、虚像３１０の表示位置Ｐ３１０を対象位置Ｐ４１０よりも視点位置Ｐ２００に近付けても、視点位置Ｐ２００から対象空間４００を見る人が、虚像３１０が対象位置Ｐ４１０にあるとの認識を持ちやすい。よって、対象距離の最大値を延ばすために、虚像３１０の表示距離Ｌ１を延ばさなくて済む。そのため、虚像３１０の表示距離Ｌ１を延ばすための、虚像３１０の表示のための光学部材（本実施形態では、第１光学部材１２１及び第２光学部材１２２）等の大型化を抑制できる。このような光学部材等の大型化は、虚像３１０の歪みの原因にもなる。よって、本実施形態によれば、虚像３１０の視点位置Ｐ２００から虚像３１０を重ねる位置（対象位置Ｐ４１０）までの距離（最大値Ｌ２ｍａｘ）を維持しながら小型化が図れ、しかも虚像３１０の歪みを低減できる。
１．２ 構成
図１及び図２は、移動体としての自動車１００を示す。自動車１００は、移動体本体としての車体１００ａと、車体１００ａに搭載される表示システム１０とを備えている。表示システム１０は、自動車１００において、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）として用いられる。特に、表示システム１０は、拡張現実（Augmented Reality：ＡＲ）ＨＵＤである。したがって、表示システム１０は、拡張現実（ＡＲ）技術を利用して、ユーザ２００の視界の前方の風景に虚像３１０を重ねて表示する。
表示システム１０は、自動車１００の車体（移動体本体）１００ａのウインドシールド１０１に下方から画像を投影するように、自動車１００の車室内に設置されている。図２の例では、ウインドシールド１０１の下方のダッシュボード１０２内に、表示システム１０が配置されている。表示システム１０からウインドシールド１０１に画像が投影されると、反射部材としてのウインドシールド１０１で反射された画像がユーザ２００（運転者）に視認される。
表示システム１０によれば、ユーザ２００は、自動車１００の前方（車外）に設定された対象空間４００に投影された虚像３１０を、ウインドシールド１０１越しに視認する。ここでいう「虚像」は、表示システム１０から出射される光がウインドシールド１０１等の反射物にて発散するとき、その発散光線によって、実際に物体があるように結ばれる像を意味する。そのため、自動車１００を運転しているユーザ２００は、図３に示すように、自動車１００の前方に広がる実空間に重ねて、表示システム１０にて投影される虚像３１０を見ることができる。したがって、表示システム１０によれば、例えば、車速情報、ナビゲーション情報、歩行者情報、前方車両情報、車線逸脱情報、及び車両コンディション情報等の、種々の運転支援情報を、虚像３１０として表示し、ユーザ２００に視認させることができる。図３では、虚像３１０は、ナビゲーション情報であり、一例として、左折を示す矢印を表示している。これにより、ユーザ２００は、ウインドシールド１０１の前方に視線を向けた状態から僅かな視線移動だけで、運転支援情報を視覚的に取得することができる。
表示システム１０では、対象空間４００に形成される虚像３１０は、表示システム１０の光軸５００に交差する仮想面５０１上に形成される。本実施形態では、光軸５００は、自動車１００の前方の対象空間４００において、自動車１００の前方の路面６００に沿っている。そして、虚像３１０が形成される仮想面５０１は、光軸５００に対して傾いている。光軸５００に対する仮想面５０１の傾きの角度は、特に限定されない。また、仮想面５０１は、光軸５００に対して傾いている必要はなく垂直であってもよい。
以下、表示システム１０について更に詳細に説明する。表示システム１０は、図２に示すように、表示部１１０と、投影部１２０と、制御部１３０と、を備える。
表示部１１０は、対象空間４００に虚像３１０として投影される画像を表示するために用いられる。表示部１１０は、対象空間４００に虚像３１０として投影される画像を表示する表示面を有する。つまり、表示部１１０の表示面に表示される画像は、虚像３１０のもとになる画像であり、以下、必要に応じて、基礎画像という。本実施形態では、表示面は、表示部１１０の一面における長方形の領域である。本実施形態では、表示部１１０は、液晶ディスプレイである。
投影部１２０は、対象空間４００に基礎画像（表示部１１０の表示面に表示される画像）に対応する虚像３１０を投影するために用いられる。投影部１２０は、図２に示すように、第１光学部材１２１と、第２光学部材１２２と、を備える。言い換えれば、投影部１２０は、第１光学部材１２１と第２光学部材１２２とからなる光学系である。第１光学部材１２１は、表示部１１０からの光（表示面に表示される画像を構成する光）を第２光学部材１２２に向けて反射する。第２光学部材１２２は、第１光学部材１２１からの光を、ウインドシールド１０１（図２参照）に向けて反射する。すなわち、投影部１２０は、表示部１１０の表示面に形成される画像を、ウインドシールド１０１に投影することで、対象空間４００に虚像３１０を投影する。
表示システム１０において、虚像３１０の視点位置Ｐ２００から虚像３１０の表示位置Ｐ３１０までの距離である表示距離Ｌ１［ｍ］は、投影部１２０の設計によって定まる。視点位置Ｐ２００は、虚像３１０が視認できる範囲（いわゆるアイボックス）の中心の位置である。なお、本実施形態では、投影部１２０の第１光学部材１２１及び第２光学部材１２２の位置は固定である。つまり、投影部１２０は、表示距離Ｌ１を調節する機能を有しておらず、表示距離Ｌ１は、固定値である。また、表示システム１０において、虚像３１０の表示可能範囲３００（図４参照）は、表示部１１０の表示面の大きさと投影部１２０の第１光学部材１２１及び第２光学部材１２２の設計によって決まる。本実施形態では、表示距離Ｌ１を対象距離Ｌ２の最大値Ｌ２ｍａｘに設定しなくて済む。よって、表示距離Ｌ１を対象距離Ｌ２の最大値Ｌ２ｍａｘに設定する場合に比べれば、虚像３１０の表示のための光学系（投影部１２０）の小型化が図れる。更に、虚像３１０は視点位置Ｐ２００に近いほど歪みが低減される。よって、光学系に起因する、虚像３１０の歪みを低減できる。
制御部１３０は、表示システム１０の動作を制御する電気回路である。制御部１３０は、特に、表示部１１０を制御するように構成される。制御部１３０は、表示部１１０に画像信号を与えて、表示部１１０の表示面に画像を形成する。制御部１３０は、例えば、１以上のプロセッサ（マイクロプロセッサ）と１以上のメモリとにより実現され得る。つまり、１以上のプロセッサが１以上のメモリに記憶された１以上のプログラムを実行することで、制御部１３０として機能する。１以上のプログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。
制御部１３０は、表示部１１０を制御して、対象空間４００中の対象位置Ｐ４１０に虚像３１０を重ねて表示する処理（虚像表示処理）を行う機能を有する。対象空間４００中の対象位置Ｐ４１０に虚像３１０を重ねて表示するとは、対象位置Ｐ４１０に虚像３１０が存在するように見せることである。つまり、制御部１３０は、虚像表示処理を実行することで、表示位置Ｐ３１０にある虚像３１０をあたかも実空間において対象位置Ｐ４１０に存在するように見せる。例えば、視点位置Ｐ２００から対象空間４００を見るユーザ２００に、表示位置Ｐ３１０にある虚像３１０を、対象位置Ｐ４１０に存在する対象物４１０であるかのように見せる（図３及び図４参照）。
制御部１３０は、外部装置から、虚像３１０の表示指示が与えられた場合に、虚像表示処理を開始する。表示指示は、虚像３１０の場所と種類とを含む。虚像３１０の場所は、対象位置Ｐ４１０に関する情報を含み得る。対象位置Ｐ４１０に関する情報は、対象空間４００における対象位置Ｐ４１０の三次元の位置に関する情報を含み得る。虚像３１０の種類は、例えば、車速情報、ナビゲーション情報、歩行者情報、前方車両情報、車線逸脱情報、及び車両コンディション情報等の、種々の運転支援情報である。なお、外部装置の例としては、自動車１００のエンジンコントロールユニット及びナビゲーションシステムが挙げられる。
表示システム１０では、虚像３１０の視点位置Ｐ２００から対象位置Ｐ４１０までの距離である対象距離Ｌ２［ｍ］の最大値Ｌ２ｍａｘ［ｍ］が設定されている（図１及び図４参照）。言い換えれば、対象距離Ｌ２の最大値Ｌ２ｍａｘは、視点位置Ｐ２００から最も遠い対象位置Ｐ４００と視点位置Ｐ２００との間の距離である。本実施形態において、制御部１３０は、対象距離Ｌ２が最大値Ｌ２ｍａｘを超える対象位置Ｐ４１０には、虚像３１０を重ねて表示しない。
対象距離Ｌ２の最大値Ｌ２ｍａｘは、虚像の表示の評価の結果に基づいて決定されている。虚像の表示の評価は、虚像３１０の表示位置Ｐ３１０を対象位置Ｐ４１０よりも視点位置Ｐ２００に近付けた場合に視点位置Ｐ２００から虚像３１０及びその近傍を見て違和感を持った人数、及び、虚像３１０の距離認識を誤った人数により行った。
図５は、虚像の表示の評価の結果の一部を示す。図５において、縦軸は、人数であり、横軸は、表示距離Ｌ１と対象距離Ｌ２とで定まるパラメータＤを示す。パラメータＤは、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２｜で与えられる。Ｌ１及びＬ２の単位は［ｍ］である。よって、パラメータＤの単位は［１／ｍ］である。以下、このパラメータを、「ディオプタ」と呼ぶ。図５において、グラフＧ１１は、対象位置Ｐ２１０に虚像３１０を重ねて表示した際に、視点位置Ｐ２００から虚像３１０及びその近傍を見て違和感を持った人数を示す。グラフＧ１２は、対象位置Ｐ２１０に虚像３１０を重ねて表示した際に、視点位置Ｐ２００から虚像３１０及びその近傍を見て虚像３１０の距離認識を誤った人数を示す。
虚像の表示の評価の結果から、ディオプタＤが０．０６以下であれば、虚像３１０の表示位置Ｐ３１０と対象位置Ｐ４１０とに差があっても、視点位置Ｐ２００から対象空間４００を見る人の半数以上が、虚像３１０が対象位置Ｐ４１０にあるとの認識を持つことが確認された。更に、ディオプタＤが０．０３以下であれば、虚像３１０の表示位置Ｐ３１０と対象位置Ｐ４１０との差があっても、視点位置Ｐ２００から対象空間４００を見る人のほとんどが、虚像３１０が対象位置Ｐ４１０にあるとの認識を持つ。更に、ディオプタＤが０．０２以下であれば、虚像３１０の表示位置Ｐ３１０と対象位置Ｐ４１０との差があっても、視点位置Ｐ２００から対象空間４００を見る人の半数以上が、虚像３１０及びその近傍を違和感なく視認できる。更に、ディオプタＤが０．０１５以下であれば、虚像３１０の表示位置Ｐ３１０と対象位置Ｐ４１０との差があっても、視点位置Ｐ２００から対象空間４００を見る人のほとんどが、虚像３１０及びその近傍を違和感なく視認できる。更に、ディオプタＤが０．０１以下であれば、虚像３１０の表示位置Ｐ３１０と対象位置Ｐ４１０との差があっても、視点位置Ｐ２００から対象空間４００を見るほぼすべての人が、虚像３１０及びその近傍を違和感なく視認できる。
本実施形態では、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜が０より大きく０．０６以下であるように、表示距離Ｌ１と対象距離Ｌ２の最大値Ｌ２ｍａｘが決定されている。一例として、表示距離Ｌ１は１５［ｍ］であり、最大値Ｌ２ｍａｘは１００［ｍ］である。
制御部１３０は、虚像表示処理において、対象空間４００中の対象位置Ｐ４１０に虚像３１０が重なって見えるように、基礎画像を表示部１１０の表示面に表示させる。制御部１３０は、表示指示に含まれる虚像３１０の種類に応じて、基礎画像を決定する。また、制御部１３０は、表示指示に含まれる虚像３１０の場所（対象位置Ｐ４１０に関する情報）に応じて、表示部１１０の表示面における基礎画像の基準位置を決定する。
更に、制御部１３０は、虚像３１０の表示位置Ｐ３１０と対象位置Ｐ４１０とに基づいて、基礎画像を遠近法に基づいて変化させる。例えば、図４の例では、制御部１３０は、対象位置Ｐ４１０に実際に対象物４１０があるように見せるために、虚像３１０の見え方を調節する。この場合、制御部１３０は、表示位置Ｐ３１０と対象位置Ｐ４１０とから、対象位置Ｐ４１０の俯角、対象位置Ｐ４１０の奥行、及び、表示位置Ｐ３１０と対象位置Ｐ４１０との位置関係とを求める。対象位置Ｐ４１０の俯角は、ユーザ２００が対象位置Ｐ４１０を見る角度に対応する。対象位置Ｐ４１０の奥行は、対象位置Ｐ４１０において虚像３１０を重ねる範囲に対応する。表示位置Ｐ３１０と対象位置Ｐ４１０との位置関係は、例えば、表示距離Ｌ１と対象距離Ｌ２との差や、虚像３１０により見せようとする対象物４１０と対象物４１０と視点位置Ｐ２００との間の物体の位置関係とを含み得る。制御部１３０は、俯角、奥行、及び位置関係に基づき、基礎画像の形状と大きさとの少なくとも一方を調整する。例えば、制御部１３０は、俯角と奥行に応じて、基礎画像のパース（傾き度合い・伸長度合い）を調整する。また、制御部１３０は、奥行に応じて、基礎画像の奥行方向の寸法を調整する。また、制御部１３０は、表示距離Ｌ１と対象距離Ｌ２との位置関係に応じて、基礎画像の拡大又は縮小を行う。また、制御部１３０は、対象物４１０の一部が視点位置Ｐ２００から隠れて見える場合、基礎画像を一部が欠けた形状とする。
更に、制御部１３０は、表示位置Ｐ３１０と対象位置Ｐ４１０とで決まるパラメータＤに応じて、画像（基礎画像）の表示方法を変更するように構成される。パラメータＤは、上述したディオプタであって、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２｜で与えられる。本実施形態において、制御部１３０は、ディオプタＤが閾値以下であれば、基礎画像の表示方法を変更しない。一方、制御部１３０は、ディオプタＤが閾値を超えていれば、基礎画像の表示方法を変更する。閾値は、本実施形態では、０．０３である。なお、閾値は、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜未満である。
表示方法の変更は、立体視感度に基づいて行われる。立体視感度は、観測者から離れた２つの対象物の前後関係が判別できるかどうかの指標である（参考：James E. Cutting, “Perception of Space andMotion”,Academic Press, 1995）。立体視感度に影響を及ぼす情報源には、「相対的な密度」、「相対的な大きさ」、「遮蔽」、「水晶体の焦点調節」、「輻輳」、「両眼視差」、「運動視差」、「視界における高さ」、及び「空気遠近」がある。「遮蔽」は２つの対象物の一方が他方に隠れていることである。ここで、「相対的な密度」、「相対的な大きさ」、及び「遮蔽」に対応する立体視感度は、観測者から離れた２つの対象物の平均距離に関係なく、一定であり、「相対的な密度」、「相対的な大きさ」、及び「遮蔽」の順に、立体視感度が良い。「水晶体の焦点調節」及び「輻輳」に対する立体視感度は、前記平均距離が約０～１０ｍの範囲で有効であり、前記平均距離の増加に伴い減少する。「両眼視差」及び「運動視差」に対する立体視感度は、前記平均距離が約０～１０００ｍの範囲で有効である。「両眼視差」に対する立体視感度は、前記平均距離の増加に伴い減少するが、「運動視差」に対する立体視感度は、前記平均距離の増加に伴い一旦増加した後に減少し、約１～２ｍの範囲にピークがある。「視界における高さ」に対する立体視感度は、前記平均距離が約２～５０００ｍの範囲で有効であり、前記平均距離の増加に伴い減少する。「空気遠近」に対する立体視感度は、前記平均距離が約５０～５０００ｍの範囲で有効であり、前記平均距離の増加に伴い一旦増加した後に減少し、約５０００ｍに近い領域にピークがある。このような立体視感度に基づく表示方法の変更の例としては、基礎画像の輝度、解像度、コントラスト、彩度、及びテクスチャ密度の変更が挙げられる。更に、表示方法の変更の例としては、基礎画像の俯角の強調、基礎画像のパースの強調、及び、基礎画像の大きさの変化の強調が挙げられる。このように、ディオプタＤに応じて基礎画像の表示方法を変更することで、視点位置Ｐ２００から見る人が虚像３１０に持つ違和感をより低減できる。特に、基礎画像の表示方法の変更を立体視感度に基づいて行うことによって、視点位置Ｐ２００から見る人が虚像３１０に持つ違和感をより低減できる。具体的な表示方法の変更の方法は、例えば、視点位置Ｐ２００から見て表示位置Ｐ３１０が対象位置Ｐ４１０よりも遠い場合には、基礎画像の輝度、解像度、コントラスト、彩度を上げること、テクスチャ密度を下げ、基礎画像の俯角を下げ、基礎画像を大きく強調することが効果的である。逆に、視点位置Ｐ２００から見て表示位置Ｐ３１０が対象位置Ｐ４１０よりも近い場合には、基礎画像の輝度、解像度、コントラスト、彩度を下げること、テクスチャ密度を上げ、基礎画像の俯角を上げ、基礎画像を小さく強調することが効果的である。また、表示位置Ｐ３１０が遠い領域（すなわち、ユーザ２００の視野の上側部分）にある場合、基礎画像に平行線を透視図法で描画し、平行線の収束の度合いを基礎画像における遠方領域で変えることが効果的である。平行線は、一例としては、基礎画像の水平方向又は垂直方向に並ぶ線である。遠方領域は、基礎画像においてユーザ２００の視野の上側部分に対応する領域である。具体的には、視点位置Ｐ２００から見て表示位置Ｐ３１０が対象位置Ｐ４１０よりも近い場合、遠方領域において平行線の収束の度合を収束の基準値より大きくするとよい。逆に、視点位置Ｐ２００から見て表示位置Ｐ３１０が対象位置Ｐ４１０よりも遠い場合には、遠方領域において平行線の収束の度合いを収束の基準値より小さくするとよい。収束の基準値は、一例としては、視点位置Ｐ２００から見て表示位置Ｐ３１０と対象位置Ｐ４１０が同じ位置にある際の平行線の収束の度合いである。一方、表示位置Ｐ３１０が近い領域（すなわち、ユーザ２００の視野の下側部分）にある場合、基礎画像に平行線を透視図法で描画し、平行線の発散の度合いを基礎画像における近方領域で変えることが効果的である。近方領域は、基礎画像においてユーザ２００の視野の下側部分に対応する領域である。具体的には、視点位置Ｐ２００から見て表示位置Ｐ３１０が対象位置Ｐ４１０よりも近い場合、近方領域において平行線の発散の度合を発散の基準値よりも小さくするとよい。逆に、視点位置Ｐ２００から見て表示位置Ｐ３１０が対象位置Ｐ４１０よりも遠い場合には、近方領域において平行線の発散の度合いを発散の基準値よりも大きくするとよい。発散の基準値は、一例としては、視点位置Ｐ２００から見て表示位置Ｐ３１０と対象位置Ｐ４１０が同じ位置にある際の平行線の発散の度合いである。これらの表示方法の変更或いは強調は、より立体視感度の高い情報源に関連した表示方法を優先的に用いるのがよい。また、それぞれの表示方法に関連した情報源の感度の高さに応じて段階的に表示方法を変更するのがよい。
１．３ 設計方法
本実施形態の表示システム１０によれば、虚像３１０の視点位置Ｐ２００から虚像３１０を重ねる位置（対象位置Ｐ４１０）までの距離（最大値Ｌ２ｍａｘ）を維持しながら小型化が図れ、しかも虚像３１０の歪みを低減できる。そして、表示システム１０は、下記の設計方法を含む製造方法により製造され得る。言い換えれば、表示システム１０は、下記の設計方法により設計されている。この設計方法は、対象空間４００中の対象位置Ｐ４１０に虚像３１０を重ねて表示する表示システム１０の設計方法であって、第１ステップと第２ステップとを含む。第１ステップは、虚像３１０の視点位置Ｐ２００から虚像３１０の表示位置Ｐ３１０までの距離である表示距離を決定するステップである。第２ステップは、視点位置Ｐ２００から対象位置Ｐ４１０までの距離である対象距離の最大値を決定するステップである。ここで、表示距離をＬ１［ｍ］、対象距離の最大値をＬ２ｍａｘ［ｍ］とすると、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０より大きく０．０６以下である。この設計方法によれば、虚像３１０の視点位置Ｐ２００から虚像３１０を重ねる位置（対象位置Ｐ４１０）までの距離（最大値Ｌ２ｍａｘ）を維持しながら小型化が図れ、しかも虚像３１０の歪みを低減できる表示システム１０の設計が可能である。なお、上記設計方法において、第１ステップと第２ステップとの順番は、特に限定されない。つまり、最大値Ｌ２ｍａｘを先に決めてから表示距離Ｌ１を決めてもよいし、その逆でもよい。
２．変形例
本開示の実施形態は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態の変形例を列挙する。
上記実施形態では、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０より大きく０．０６以下であるが、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜の上限値は０より大きく０．０６未満であってよい。例えば、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０．０３以下であってもよい。この場合、表示距離Ｌ１は２５［ｍ］であり、最大値Ｌ２ｍａｘは１００［ｍ］であってよい。また、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０．０２以下であってもよい。この場合、表示距離Ｌ１は３３［ｍ］であり、最大値Ｌ２ｍａｘは１００［ｍ］であってよい。また、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０．０１５以下であってもよい。この場合、表示距離Ｌ１は４０［ｍ］であり、最大値Ｌ２ｍａｘは１００［ｍ］であってよい。また、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０．０１以下であってもよい。この場合、表示距離Ｌ１は５０［ｍ］であり、最大値Ｌ２ｍａｘは１００［ｍ］であってよい。
上記実施形態では、表示位置Ｐ３１０が対象位置Ｐ４１０よりも視点位置Ｐ２００に近い場合を例示している。しかしながら、表示位置Ｐ３１０よりも対象位置Ｐ４１０が視点位置Ｐ２００に近い場合であっても上記実施形態と同様の効果が得られ得る。
上記実施形態では、閾値は、０．０３であったが、閾値は、０より大きく｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜未満であってよい。例えば、閾値は、０．０２であってよい。また、閾値は、０．０１５であってよい。更に、閾値は、０．０１であってもよい。また、２以上の閾値があってもよい。｜１／Ｌ１－１／Ｌ２｜がどの閾値を超えているかに基づいて表示方法を変更してよい。例えば、閾値は、０．０１、０．０２、０．０３の３つであってよい。｜１／Ｌ１－１／Ｌ２｜が０．０１以下である間は、立体視感度に基づく表示方法の変更をしなくてもよい。｜１／Ｌ１－１／Ｌ２｜が０．０１を超えると、視点位置Ｐ２００から対象空間４００を見る人が、虚像３１０及びその近傍に違和感を持つ可能性が低くなるように、立体視感度に基づく表示方法の変更をすればよい。更に、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２｜が０．０３を超えると、視点位置Ｐ２００から対象空間４００を見る人が、虚像３１０が対象位置Ｐ４１０にあるとの認識を持つ可能性が高くなるように、立体視感度に基づく表示方法の変更をすればよい。
制御部１３０は、必ずしも、基礎画像の表示方法の変更を行う必要はない。例えば、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜が０．０１５以下であるような場合には、立体視感度に基づく表示方法の変更をしなくても、問題がないことが多い。
上記実施形態では、制御部１３０は、基礎画像の形状と大きさとの少なくとも一方を、対象位置Ｐ４１０に関する情報から得られる対象距離Ｌ２に応じて調整する。しかしながら、この構成は必須ではない。
表示部１１０は、液晶ディスプレイに限定されない。例えば、表示部１１０は、液晶ディスプレイ以外の画像表示装置、例えば、有機ＥＬディスプレイであってもよい。また、表示部１１０は、画像表示装置そのものでなくてもよい。例えば、表示部１１０は、プロジェクタと、プロジェクタの画像を写すスクリーンとを備えるシステムであってもよいし、レーザ走査装置と、レーザ走査装置のレーザの走査による画像を写すためのスクリーンとを備えるシステムであってもよい。また、表示部１１０は、スクリーンそのものであってもよいし、画像表示装置からの画像を写す平面鏡であってもよい。つまり、表示部１１０は、中間画像を表示してもよい。
投影部１２０は、表示距離Ｌ１を調節する機能を有していてもよい。つまり、投影部１２０は、仮想面５０１を光軸５００に沿って移動させる機能を有していてもよい。このような機能は、一例として、投影部１２０の第１光学部材１２１及び第２光学部材１２２の位置を可変とすることで実現可能であり、従来から様々な技術が提供されている（特許文献１参照）。また、投影部１２０に関し、第１光学部材１２１及び第２光学部材１２２の形状は、変更可能である。また、表示距離Ｌ１は、表示部１１０から視点位置Ｐ２００までの光路長を変えることによっても調整可能である。
表示システム１０は、自動車１００の進行方向の前方に設定された対象空間４００に虚像３１０を投影する構成に限らず、例えば、自動車１００の進行方向の側方、後方、又は上方等に虚像３１０を投影してもよい。また、投影部１２０は、中間像を形成するためのリレー光学系を含んでいてもよいし、リレー光学系を含んでいなくてもよい。
表示システム１０は、自動車１００に用いられるヘッドアップディスプレイに限らず、例えば、二輪車、電車、航空機、建設機械、及び船舶等、自動車１００以外の移動体にも適用可能である。さらに、表示システム１０は、移動体に限らず、例えば、アミューズメント施設で用いられてもよい。
３．態様
上記実施形態及び変形例から明らかなように、本開示は、下記の第１～第９の態様を含む。以下では、実施形態との対応関係を明示するためだけに、符号を括弧付きで付している。
第１の態様の表示システム（１０）は、対象空間（４００）中の対象位置（Ｐ４１０）に虚像（３１０）を重ねて表示する表示システムである。前記虚像（３１０）の視点位置（Ｐ２００）から前記虚像（３１０）の表示位置（Ｐ３１０）までの距離である表示距離をＬ１［ｍ］とする。前記視点位置（Ｐ２００）から前記対象位置（Ｐ４１０）までの距離である対象距離の最大値をＬ２ｍａｘ［ｍ］とする。｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０より大きく０．０６以下である。第１の態様によれば、虚像（３１０）の視点位置（Ｐ２００）から虚像（３１０）を重ねる位置（対象位置Ｐ４１０）までの距離（最大値Ｌ２ｍａｘ）を維持しながら小型化が図れ、しかも虚像（３１０）の歪みを低減できる。
第２の態様の表示システム（１０）は、第１の態様との組み合わせにより実現され得る。第２の態様では、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０．０３以下である。第２の態様によれば、虚像（３１０）の視点位置（Ｐ２００）から虚像（３１０）を重ねる位置（対象位置Ｐ４１０）までの距離（最大値Ｌ２ｍａｘ）を維持しながらより小型化が図れ、しかも虚像（３１０）の歪みを低減できる。
第３の態様の表示システム（１０）は、第１又は第２の態様との組み合わせにより実現され得る。第３の態様では、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０．０２以下である。第３の態様によれば、虚像（３１０）の視点位置（Ｐ２００）から虚像（３１０）を重ねる位置（対象位置Ｐ４１０）までの距離（最大値Ｌ２ｍａｘ）を維持しながらより小型化が図れ、しかも虚像（３１０）の歪みを低減できる。
第４の態様の表示システム（１０）は、第１～第３の態様のいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第４の態様では、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０．０１５以下である。第４の態様によれば、虚像（３１０）の視点位置（Ｐ２００）から虚像（３１０）を重ねる位置（対象位置Ｐ４１０）までの距離（最大値Ｌ２ｍａｘ）を維持しながらより小型化が図れ、しかも虚像（３１０）の歪みを低減できる。
第５の態様の表示システム（１０）は、第１～第４の態様のいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第５の態様では、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０．０１以下である。第５の態様によれば、虚像（３１０）の視点位置（Ｐ２００）から虚像（３１０）を重ねる位置（対象位置Ｐ４１０）までの距離（最大値Ｌ２ｍａｘ）を維持しながらより小型化が図れ、しかも虚像（３１０）の歪みを低減できる。
第６の態様の表示システム（１０）は、第１～第５の態様のいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第６の態様では、前記表示システム（１０）は、画像を表示する表示部（１１０）と、前記対象空間（４００）に前記画像に対応する前記虚像（３１０）を投影する投影部（１２０）と、前記表示部（１１０）を制御する制御部（１３０）と、を備える。前記制御部（１３０）は、前記表示位置（Ｐ３１０）と前記対象位置（Ｐ４１０）とで決まるパラメータに応じて、前記画像の表示方法を変更するように構成される。前記パラメータは、前記対象距離をＬ２［ｍ］とした場合に、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２｜で与えられる。第６の態様によれば、視点位置（Ｐ２００）から見る人が虚像（３１０）に持つ違和感を低減できる。
第７の態様の表示システム（１０）は、第６の態様との組み合わせにより実現され得る。第７の態様では、前記制御部（１３０）は、前記パラメータが閾値以上である場合、前記画像の表示方法を、立体視感度に基づいて変更するように構成される。第７の態様によれば、視点位置（Ｐ２００）から見る人が虚像（３１０）に持つ違和感をより低減できる。
第８の態様の移動体（１００）は、移動体本体（１００ａ）と、前記移動体本体（１００ａ）に搭載される第１～第７の態様のいずれか一つの表示システム（１０）と、を備える。第８の態様によれば、虚像（３１０）の視点位置（Ｐ２００）から虚像（３１０）を重ねる位置（対象位置Ｐ４１０）までの距離（最大値Ｌ２ｍａｘ）を維持しながら小型化が図れ、しかも虚像（３１０）の歪みを低減できる。
第９の態様の設計方法は、対象空間（４００）中の対象位置（Ｐ４１０）に虚像（３１０）を重ねて表示する表示システム（１０）の設計方法であって、第１ステップと第２ステップとを含む。前記第１ステップは、前記虚像（３１０）の視点位置（Ｐ２００）から前記虚像（３１０）の表示位置（Ｐ３１０）までの距離である表示距離を決定するステップである。前記第２ステップは、前記視点位置（Ｐ２００）から前記対象位置（Ｐ４１０）までの距離である対象距離の最大値を決定するステップである。前記表示距離をＬ１［ｍ］、前記最大値をＬ２ｍａｘ［ｍ］とすると、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０より大きく０．０６以下である。第９の態様によれば、虚像（３１０）の視点位置（Ｐ２００）から虚像（３１０）を重ねる位置（対象位置Ｐ４１０）までの距離（最大値Ｌ２ｍａｘ）を維持しながら小型化が図れ、しかも虚像（３１０）の歪みを低減できる。
１０ 表示システム
１１０ 表示部
１２０ 投影部
１３０ 制御部
３１０ 虚像
４００ 対象空間
Ｐ２００ 視点位置
Ｐ３１０ 表示位置
Ｐ４１０ 対象位置
Ｌ１ 表示距離
Ｌ２ 対象距離
Ｌ２ｍａｘ 最大値
１００ 自動車（移動体）
１００ａ 車体（移動体本体）

Claims (9)

  1. 対象空間中の対象位置に虚像を重ねて表示する表示システムであって、
    前記虚像の視点位置から前記虚像の表示位置までの距離である表示距離をＬ１［ｍ］、前記視点位置から前記対象位置までの距離である対象距離の最大値をＬ２ｍａｘ［ｍ］とすると、
    ｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０より大きく０．０６以下である、
    表示システム。
  2. ｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０．０３以下である、
    請求項１の表示システム。
  3. ｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０．０２以下である、
    請求項１又は２の表示システム。
  4. ｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０．０１５以下である、
    請求項１～３のいずれか一つの表示システム。
  5. ｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０．０１以下である、
    請求項１～４のいずれか一つの表示システム。
  6. 画像を表示する表示部と、
    前記対象空間に前記画像に対応する前記虚像を投影する投影部と、
    前記表示部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記表示位置と前記対象位置とで決まるパラメータに応じて、前記画像の表示方法を変更するように構成され、
    前記パラメータは、前記対象距離をＬ２［ｍ］とした場合に、｜１／Ｌ１－１／Ｌ２｜で与えられる、
    請求項１～５のいずれか一つの表示システム。
  7. 前記制御部は、前記パラメータが閾値を超える場合、前記画像の表示方法を、立体視感度に基づいて変更するように構成される、
    請求項６の表示システム。
  8. 移動体本体と、
    前記移動体本体に搭載される請求項１～７のいずれか一つの表示システムと、
    を備える、
    移動体。
  9. 対象空間中の対象位置に虚像を重ねて表示する表示システムの設計方法であって、
    前記虚像の視点位置から前記虚像の表示位置までの距離である表示距離を決定する第１ステップと、
    前記視点位置から前記対象位置までの距離である対象距離の最大値を決定する第２ステップと、
    を含み、
    前記表示距離をＬ１［ｍ］、前記最大値をＬ２ｍａｘ［ｍ］とすると、
    ｜１／Ｌ１－１／Ｌ２ｍａｘ｜は、０より大きく０．０６以下である、
    設計方法。
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