JPWO2016047009A1 - ヘッドアップディスプレイおよび移動体 - Google Patents

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Abstract

本開示のヘッドアップディスプレイは、画像の表示を制御する制御部と、右眼用虚像画像を表示する右眼用画素と、左眼用虚像画像を表示する左眼用画素とが交互に配置された画像表示素子と、画像表示素子の画素の配列に対して所定の角度で傾斜して配置され、画像表示素子の出力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光学系と、画像表示素子と光学系との間に配置され、偏光方向を画像表示素子の画素の配列に対して回転する第１の波長板と、を備える。

Description

本開示は、裸眼立体視表示可能なヘッドアップディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを搭載した移動体に関する。
自動車等の車両に乗った運転手の視野に、運転を支援するための補助情報の虚像を重畳表示する手段として、ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ−Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＵＤ）が知られている。さらに、二眼式立体ディスプレイにおいて、走行速度及び燃料残量のように常時提供情報は、運転者から結像距離離れた位置に存在すると運転者が視認するように常時表示され、ナビゲーション用矢印表示のように随時提供情報は、運転者から結像距離離れた位置に存在し、その後に、運転者から交差点に向かう方向へ遠ざかるように徐々に移動し、最終的に交差点上に近接して存在すると運転者が視認するように表示される、ヘッドアップディスプレイが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３０１１４４号公報
本開示は、視認性をより向上させる裸眼立体視表示可能なヘッドアップディスプレイを提供することを目的とする。
本開示におけるヘッドアップディスプレイは、画像の表示を制御する制御部と、右眼用虚像画像を表示する右眼用画素と、左眼用虚像画像を表示する左眼用画素とが交互に配置された画像表示素子と、画像表示素子の画素の配列に対して所定の角度で傾斜して配置され、画像表示素子の出力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光学系と、画像表示素子と光学系との間に配置され、偏光方向を画像表示素子の画素の配列に対して回転する第１の波長板と、を備える。
さらに、本開示における移動体は、本開示のヘッドアップディスプレイと、ヘッドアップディスプレイが出力する光を反射するウインドシールドと、を備える。
本開示は、視認性をより向上させるヘッドアップディスプレイおよび移動体を提供できる。
図１は、実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイを搭載した、移動体の断面を示す模式図である。 図２は、実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイの斜視図である。 図３は、実施の形態１における観察者の左眼用虚像画像と右眼用虚像画像と立体像の関係を示す図である。 図４は、実施の形態１におけるウインドシールドの偏光反射特性を示すグラフである。 図５は、実施の形態１における別のヘッドアップディスプレイの斜視図である。 図６は、実施の形態２におけるヘッドアップディスプレイの斜視図である。
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。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
（実施の形態１）
以下、図１〜５を用いて、実施の形態１を説明する。
［１−１．ヘッドアップディスプレイの構成］
図１は、実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイを搭載した、移動体の断面を示す模式図である。図１において、ヘッドアップディスプレイ１００は、自動車１０の運転席側のダッシュボード内に備えられる。ヘッドアップディスプレイ１００は、表示ユニット２００と、制御部２４０とで構成される。
制御部２４０は、表示ユニット２００の画像の表示を制御する。表示ユニット２００は、画像を表示する。表示する画像としては、道路進行案内や、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、各種の情報がある。表示ユニット２００が表示した画像は、ウインドシールド４００を反射し、自動車１０の観察者Ｄのアイボックス５００内に導いて虚像Ｉを表示する。アイボックス５００は、観察者Ｄが虚像Ｉを欠けることなく視認できる範囲である。
［１−２．表示ユニットの構成（その１）］
図２は、実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイの斜視図である。表示ユニット２００は、画像表示素子２１０と、第１の波長板２２０と、液晶レンズ２３０とからなる。
画像表示素子２１０は、液晶ディスプレイである。なお、画像表示素子２１０は、液晶ディスプレイに限られず、有機ＥＬ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ、プラズマディスプレイ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ：ＰＤＰ）等でも良い。
画像表示素子２１０は、左眼用の画像を表示するための左眼用画素と右眼用の画像を表示するための右眼用画素が交互に配列されている素子である。
液晶レンズ２３０は、画像を立体表示する光学素子である。そのため、画像を立体表示する目的を満たせるものであれば、液晶レンズ２３０に限られない。光学素子は、視差バリア方式の光学素子やレンチキュラーレンズなどでもよい。
液晶レンズ２３０は、液晶をレンズ上の空間に封印し、液晶の配向方向に応じて屈折率が異なる性質を利用するレンズである。そして、液晶レンズ２３０に印加する電圧を調整することで屈折率を変化させ所望の焦点距離を得る。
画像表示素子２１０の右眼用画素から右眼用虚像画像を表示し、画像表示素子２１０の左眼用画素から左眼用虚像画像を表示するために、液晶レンズ２３０のレンズの配列は、画像表示素子２１０の各画素の配列に対して所定の角度で傾斜して配置されている。
このように液晶レンズ２３０を傾斜して配列すると、画像表示素子２１０の各画素と液晶レンズ２３０の光学素子のピッチとの干渉によるモアレの発生を抑制できる。この場合、液晶レンズ２３０内の液晶分子の配向方向も液晶レンズ２３０の傾きにそって配向させることで、輝度の低下を防ぐことができる。
画像表示素子２１０と液晶レンズ２３０の間に、第１の波長板２２０を配置する。第１の波長板２２０は、１／２波長板である。
第１の波長板２２０は、画像表示素子２１０から出力される光の偏光方向から液晶レンズ２３０の配向方向に回転させる。
第１の波長板２２０を、画像表示素子２１０から出力される光の偏光方向を液晶レンズ２３０の配列方向に回転させることで、輝度の低下を抑制できる。
なお、第１の波長板２２０は、液晶レンズ２３０の配列方向にぴったり合わせなくても、画像表示素子２１０の各画素の配列方向から少しでも傾いていれば、輝度の低下を抑制できる。
図３は、観察者Ｄの左眼用虚像画像ＩＬと右眼用虚像画像ＩＲと立体像Ｓの関係を示す図である。観察者Ｄは、ヘッドアップディスプレイ１００を用いると、所定の位置に視差画像の虚像Ｉである左眼用虚像画像ＩＬ及び、右眼用虚像画像ＩＲが表示される。観察者Ｄは、左眼用虚像画像ＩＬ及び、右眼用虚像画像ＩＲを見ることで、これらを立体視して融像した立体像Ｓが所定の位置より遠方にあるように知覚する。
［１−３．表示ユニットの構成（その２）］
次に、ウインドシールド４００の偏光反射特性について説明する。図４は、ウインドシールドの偏光反射特性を説明するグラフである。横軸は入射角θｉ（度）、縦軸は反射率φである。実線は入射角θｉのＳ波の偏光成分を示し、点線は、入射角θｉのＰ波の偏光成分を示している。図１に示すように、入射角θｉは、表示ユニット２００の中心から出力された光線と、ウインドシールド４００の垂線とのなす角である。表示ユニット２００の配置と、ウインドシールド４００の傾きと、観察者Ｄの視点位置とによって、入射角θｉが決定される。図４に示すように、入射角θｉが２０度以上になるとＰ波の偏光成分は、反射率φが０．０５以下となり低くなる。特に、入射角θｉが６０度近傍の場合に、反射率φが０となり、ブリュースター角になる。ウインドシールド４００の反射率φが高ければ、観察者Ｄに入射する光の輝度が高くなる。従って、表示ユニット２００から出力される光線は、Ｓ波の偏光成分が多いほうが、観察者Ｄに入射する光の輝度が高くなるといえる。
図５は、実施の形態１における別のヘッドアップディスプレイの斜視図である。ヘッドアップディスプレイ１０１は、表示ユニット２０１と制御部２４０とで構成される。表示ユニット２０１は、画像表示素子２１０と、第１の波長板２２０と、液晶レンズ２３０と、第２の波長板２５０とからなる。ヘッドアップディスプレイ１０１の構成は、ヘッドアップディスプレイ１００の構成に対して、第２の波長板２５０が追加されている。ヘッドアップディスプレイ１０１の構成は、第２の波長板２５０を除き、ヘッドアップディスプレイ１００と同じ構成である。
第２の波長板２５０は、１／２波長板である。液晶レンズ２３０から出力される光のＳ波の偏光成分が多くなるように、第２の波長板２５０を回転する。
このように、第２の波長板２５０を回転することで、観察者Ｄに入射する光の輝度を高くすることができる。
さらに、観察者Ｄが、偏光サングラスを使用しているとする。偏光サングラスは、Ｓ波の偏光成分の透過率を抑える。そのため、液晶レンズ２３０から出力される光のＳ波の偏光成分が多くなるように、第２の波長板２５０を回転させると、ウインドシールド４００から出力される光が偏光サングラスでＳ波の偏光成分が抑えられる。そのため、観察者Ｄがサングラスを使用すると、観察者Ｄに入る光の輝度が抑えられ、虚像Ｉの視認性が落ちる。
観察者Ｄが偏光サングラスを使用することを想定する場合、液晶レンズ２３０から出力される光のＳ波の偏光成分とＰ波の偏光成分が1対１になるように、第２の波長板２５０を回転する。
このように第２の波長板２５０を回転することで、観察者Ｄに入射する光の輝度を調整し、観察者Ｄに入射する光の輝度を高くすることができる。
［１−４．効果］
以上のように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイは、画像の表示を制御する制御部と、右眼用虚像画像を表示する右眼用画素と、左眼用虚像画像を表示する左眼用画素とが交互に配置された画像表示素子と、画像表示素子の画素の配列に対して所定の角度で傾斜して配置され、画像表示素子の出力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光学系と、画像表示素子と光学系との間に配置され、偏光方向を画像表示素子の画素の配列に対して回転する第１の波長板と、を備える。
さらに、本実施の形態のヘッドアップディスプレイは、第１の波長板の偏光方向は、光学系が配置される所定の角度と略同じである。
この構成により、画像表示素子２１０と液晶レンズ２３０によるモアレの発生を防ぎ、輝度の低下を抑制できる。
また、本実施の形態のヘッドアップディスプレイは、光学系から出力される光の方向に、第２の波長板を備える。
さらに、本実施の形態のヘッドアップディスプレイは、第２の波長板の偏光方向は、光学系から出力される光のＳ波の偏光成分が多くなるように回転する。
この構成により、観察者Ｄに入射する光の輝度を高くすることができる。
さらに、本実施の形態のヘッドアップディスプレイは、第２の波長板の偏光方向は、光学系から出力される光のＳ波の偏光成分とＰ波の偏光成分が略同じになるように回転する。
この構成により、観察者Ｄが偏光サングラスを使用している時に、観察者Ｄに入射する光の輝度を高くすることができる。
（実施の形態２）
以下、図６を用いて、実施の形態２を説明する。なお、実施の形態２では、実施の形態１の構成と異なる部分を中心に説明し、同じ構成については説明を省略する。
［２−１．ヘッドアップディスプレイの構成］
実施の形態２におけるヘッドアップディスプレイ１０２の構成について、実施の形態１で説明したヘッドアップディスプレイ１００と異なる点を中心に説明する。
実施の形態１のヘッドアップディスプレイ１０１では、観察者Ｄが偏光サングラスを使用した場合と偏光サングラスを使用しない場合で第２の波長板２５０から出力される光は、それぞれ一定になる構成であった。
実施の形態２では、観察者Ｄが偏光サングラスを使用した場合と偏光サングラスを使用しない場合で、ヘッドアップディスプレイから出力される光の輝度を変更可能なヘッドアップディスプレイを提供する。
［２−２．表示ユニットの構成］
図６は、実施の形態２におけるヘッドアップディスプレイの斜視図である。図６において、ヘッドアップディスプレイ１０２は、表示ユニット２０２と制御部２４０とスイッチ２７０とで構成される。
表示ユニット２０２は、画像表示素子２１０と、第１の波長板２２０と、液晶レンズ２３０と偏光変換素子２６０とからなる。
ヘッドアップディスプレイ１０２の構成は、実施の形態１のヘッドアップディスプレイ１００の構成に対して、偏光変換素子２６０とスイッチ２７０が追加されている。ヘッドアップディスプレイ１０２の構成は、偏光変換素子２６０とスイッチ２７０を除き、ヘッドアップディスプレイ１００と同じ構成である。
偏光変換素子２６０は、例えば、ねじれネマチック液晶（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）である。ねじれネマチック液晶は、電圧を印加すると、透過前後で偏光方向を９０度回転する。
スイッチ２７０は、自動車１０内部の観察者Ｄがオン・オフの切り替えができるような位置に配置される。観察者Ｄが偏光サングラスを使用していない時は、観察者Ｄはスイッチ２７０をオフに設定し、観察者Ｄが偏光サングラスを使用している時は、観察者Ｄはスイッチ２７０をオンに設定する。
制御部２４０は、スイッチ２７０の状態を検出する。スイッチ２７０がオンに設定されている場合、制御部２４０は偏光変換素子２６０に電圧を印加し、スイッチ２７０がオフに設定されている場合、制御部２４０は偏光変換素子２６０に電圧を印加しない。
偏光変換素子２６０に電圧が印加されていない時、偏光変換素子２６０は、Ｓ波の偏光成分が多く透過するように設定する。そして、ウインドシールド４００への反射偏光特性は、Ｓ波の偏光成分が多くなる。
偏光変換素子２６０に電圧が印加されている時、偏光変換素子２６０は、透過前後で偏光特性を９０度回転し、Ｐ波の偏光成分が多く透過するように設定する。そして、ウインドシールド４００への反射偏光特性は、Ｐ波の偏光成分が多くなる。
なお、偏光変換素子２６０に電圧が印加されている時、偏光変換素子２６０は、透過前後で偏光特性を９０度回転するように設定したが、９０度回転させなくてもよい。偏光変換素子２６０は、透過前後で偏光特性を０度以上９０度以下であればよい。
なお、観察者Ｄが偏光サングラスを使用している時に偏光変換素子２６０に電圧を印加する構成としたが、これに限らない。例えば、観察者Ｄが偏光サングラスを使用していない時に偏光変換素子２６０に電圧を印加するように構成してもよい。
なお、本実施の形態では、観察者Ｄの偏光サングラス使用の有無は、スイッチを用いる構成としたが、これに限らない。例えば、観察者Ｄの偏光サングラス使用の有無を自動車１０内部にカメラ等の各種センサが自動で認識するように構成してもよい。
［２−３．効果］
以上のように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイは、画像の表示を制御する制御部と、右眼用虚像画像を表示する右眼用画素と、左眼用虚像画像を表示する左眼用画素とが交互に配置された画像表示素子と、画像表示素子の画素の配列に対して所定の角度で傾斜して配置され、画像表示素子の出力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光学系と、画像表示素子と光学系との間に配置され、偏光方向を画像表示素子の画素の配列に対して回転する第１の波長板と、光学系から出力される光の方向に、偏光変換素子を備える。そして制御部は、偏光変換素子の電圧の印加を制御する。
さらに、本実施のヘッドアップディスプレイは、偏光変換素子は、制御部により電圧が印加されていない時は、光学系から出力される光のＳ波の偏光成分が多く透過するように設定され、制御部により電圧が印加されている時は、光学系から出力される光のＰ波の偏光成分が多く透過するように設定される。
この構成により、観察者Ｄの偏光サングラスの使用有無に応じて観察者Ｄに入射する光の輝度を高くすることができる。
（他の実施形態）
以上のように、本開示の例示として、実施の形態１、２を説明した。しかし、本開示技術は、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。
上記実施の形態では、ウインドシールドを用いたヘッドアップディスプレイを説明したが、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にも適用可能である。
表示ユニットは上記実施の形態の構成に限定されない。表示ユニットは、虚像光学系を有してもよい。
本開示は、裸眼立体視可能なヘッドアップディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを搭載した移動体に、適用可能である。
１０ 自動車
１００，１０１，１０２ ヘッドアップディスプレイ
２００，２０１，２０２ 表示ユニット
２１０ 画像表示素子
２２０ 第１の波長板
２３０ 液晶レンズ
２４０ 制御部
２５０ 第２の波長板
２６０ 偏光変換素子
２７０ スイッチ
４００ ウインドシールド
５００ アイボックス
本開示は、裸眼立体視表示可能なヘッドアップディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを搭載した移動体に関する。
自動車等の車両に乗った運転手の視野に、運転を支援するための補助情報の虚像を重畳表示する手段として、ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ−Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＵＤ）が知られている。さらに、二眼式立体ディスプレイにおいて、走行速度及び燃料残量のように常時提供情報は、運転者から結像距離離れた位置に存在すると運転者が視認するように常時表示され、ナビゲーション用矢印表示のように随時提供情報は、運転者から結像距離離れた位置に存在し、その後に、運転者から交差点に向かう方向へ遠ざかるように徐々に移動し、最終的に交差点上に近接して存在すると運転者が視認するように表示される、ヘッドアップディスプレイが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３０１１４４号公報
本開示は、視認性をより向上させる裸眼立体視表示可能なヘッドアップディスプレイを提供することを目的とする。
本開示におけるヘッドアップディスプレイは、画像の表示を制御する制御部と、右眼用虚像画像を表示する右眼用画素と、左眼用虚像画像を表示する左眼用画素とが交互に配置された画像表示素子と、画像表示素子の画素の配列に対して所定の角度で傾斜して配置され、画像表示素子の出力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光学系と、画像表示素子と光学系との間に配置され、偏光方向を画像表示素子の画素の配列に対して回転する第１の波長板と、を備える。
さらに、本開示における移動体は、本開示のヘッドアップディスプレイと、ヘッドアップディスプレイが出力する光を反射するウインドシールドと、を備える。
本開示は、視認性をより向上させるヘッドアップディスプレイおよび移動体を提供できる。
図１は、実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイを搭載した、移動体の断面を示す模式図である。 図２は、実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイの斜視図である。 図３は、実施の形態１における観察者の左眼用虚像画像と右眼用虚像画像と立体像の関係を示す図である。 図４は、実施の形態１におけるウインドシールドの偏光反射特性を示すグラフである。 図５は、実施の形態１における別のヘッドアップディスプレイの斜視図である。 図６は、実施の形態２におけるヘッドアップディスプレイの斜視図である。
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。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
（実施の形態１）
以下、図１〜５を用いて、実施の形態１を説明する。
［１−１．ヘッドアップディスプレイの構成］
図１は、実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイを搭載した、移動体の断面を示す模式図である。図１において、ヘッドアップディスプレイ１００は、自動車１０の運転席側のダッシュボード内に備えられる。ヘッドアップディスプレイ１００は、表示ユニット２００と、制御部２４０とで構成される。
制御部２４０は、表示ユニット２００の画像の表示を制御する。表示ユニット２００は、画像を表示する。表示する画像としては、道路進行案内や、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、各種の情報がある。表示ユニット２００が表示した画像は、ウインドシールド４００を反射し、自動車１０の観察者Ｄのアイボックス５００内に導いて虚像Ｉを表示する。アイボックス５００は、観察者Ｄが虚像Ｉを欠けることなく視認できる範囲である。
［１−２．表示ユニットの構成（その１）］
図２は、実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイの斜視図である。表示ユニット２００は、画像表示素子２１０と、第１の波長板２２０と、液晶レンズ２３０とからなる。
画像表示素子２１０は、液晶ディスプレイである。なお、画像表示素子２１０は、液晶ディスプレイに限られず、有機ＥＬ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ、プラズマディスプレイ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ：ＰＤＰ）等でも良い。
画像表示素子２１０は、左眼用の画像を表示するための左眼用画素と右眼用の画像を表示するための右眼用画素が交互に配列されている素子である。
液晶レンズ２３０は、画像を立体表示する光学素子である。そのため、画像を立体表示する目的を満たせるものであれば、液晶レンズ２３０に限られない。光学素子は、視差バリア方式の光学素子やレンチキュラーレンズなどでもよい。
液晶レンズ２３０は、液晶をレンズ状の空間に封印し、液晶の配向方向に応じて屈折率が異なる性質を利用するレンズである。そして、液晶レンズ２３０に印加する電圧を調整することで屈折率を変化させ所望の焦点距離を得る。
画像表示素子２１０の右眼用画素から右眼用虚像画像を表示し、画像表示素子２１０の左眼用画素から左眼用虚像画像を表示するために、液晶レンズ２３０のレンズの配列は、画像表示素子２１０の各画素の配列に対して所定の角度で傾斜して配置されている。
このように液晶レンズ２３０を傾斜して配列すると、画像表示素子２１０の各画素と液晶レンズ２３０の光学素子のピッチとの干渉によるモアレの発生を抑制できる。この場合、液晶レンズ２３０内の液晶分子の配向方向も液晶レンズ２３０の傾きにそって配向させることで、輝度の低下を防ぐことができる。
画像表示素子２１０と液晶レンズ２３０の間に、第１の波長板２２０を配置する。第１の波長板２２０は、１／２波長板である。
第１の波長板２２０は、画像表示素子２１０から出力される光の偏光方向から液晶レンズ２３０の配向方向に回転させる。
第１の波長板２２０を、画像表示素子２１０から出力される光の偏光方向を液晶レンズ２３０の配列方向に回転させることで、輝度の低下を抑制できる。
なお、第１の波長板２２０は、液晶レンズ２３０の配列方向にぴったり合わせなくても、画像表示素子２１０の各画素の配列方向から少しでも傾いていれば、輝度の低下を抑制できる。
図３は、観察者Ｄの左眼用虚像画像ＩＬと右眼用虚像画像ＩＲと立体像Ｓの関係を示す図である。観察者Ｄは、ヘッドアップディスプレイ１００を用いると、所定の位置に視差画像の虚像Ｉである左眼用虚像画像ＩＬ及び、右眼用虚像画像ＩＲが表示される。観察者Ｄは、左眼用虚像画像ＩＬ及び、右眼用虚像画像ＩＲを見ることで、これらを立体視して融像した立体像Ｓが所定の位置より遠方にあるように知覚する。
［１−３．表示ユニットの構成（その２）］
次に、ウインドシールド４００の偏光反射特性について説明する。図４は、ウインドシールドの偏光反射特性を説明するグラフである。横軸は入射角θｉ（度）、縦軸は反射率φである。実線は入射角θｉのＳ波の偏光成分を示し、点線は、入射角θｉのＰ波の偏光成分を示している。図１に示すように、入射角θｉは、表示ユニット２００の中心から出力された光線と、ウインドシールド４００の垂線とのなす角である。表示ユニット２００の配置と、ウインドシールド４００の傾きと、観察者Ｄの視点位置とによって、入射角θｉが決定される。図４に示すように、入射角θｉが２０度以上になるとＰ波の偏光成分は、反射率φが０．０５以下となり低くなる。特に、入射角θｉが６０度近傍の場合に、反射率φが０となり、ブリュースター角になる。ウインドシールド４００の反射率φが高ければ、観察者Ｄに入射する光の輝度が高くなる。従って、表示ユニット２００から出力される光線は、Ｓ波の偏光成分が多いほうが、観察者Ｄに入射する光の輝度が高くなるといえる。
図５は、実施の形態１における別のヘッドアップディスプレイの斜視図である。ヘッドアップディスプレイ１０１は、表示ユニット２０１と制御部２４０とで構成される。表示ユニット２０１は、画像表示素子２１０と、第１の波長板２２０と、液晶レンズ２３０と、第２の波長板２５０とからなる。ヘッドアップディスプレイ１０１の構成は、ヘッドアップディスプレイ１００の構成に対して、第２の波長板２５０が追加されている。ヘッドアップディスプレイ１０１の構成は、第２の波長板２５０を除き、ヘッドアップディスプレイ１００と同じ構成である。
第２の波長板２５０は、１／２波長板である。液晶レンズ２３０から出力される光のＳ波の偏光成分が多くなるように、第２の波長板２５０を回転する。
このように、第２の波長板２５０を回転することで、観察者Ｄに入射する光の輝度を高くすることができる。
さらに、観察者Ｄが、偏光サングラスを使用しているとする。偏光サングラスは、Ｓ波の偏光成分の透過率を抑える。そのため、液晶レンズ２３０から出力される光のＳ波の偏光成分が多くなるように、第２の波長板２５０を回転させると、ウインドシールド４００から出力される光が偏光サングラスでＳ波の偏光成分が抑えられる。そのため、観察者Ｄがサングラスを使用すると、観察者Ｄに入る光の輝度が抑えられ、虚像Ｉの視認性が落ちる。
観察者Ｄが偏光サングラスを使用することを想定する場合、液晶レンズ２３０から出力される光のＳ波の偏光成分とＰ波の偏光成分が1対１になるように、第２の波長板２５０を回転する。
このように第２の波長板２５０を回転することで、観察者Ｄに入射する光の輝度を調整し、観察者Ｄに入射する光の輝度を高くすることができる。
［１−４．効果］
以上のように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイは、画像の表示を制御する制御部と、右眼用虚像画像を表示する右眼用画素と、左眼用虚像画像を表示する左眼用画素とが交互に配置された画像表示素子と、画像表示素子の画素の配列に対して所定の角度で傾斜して配置され、画像表示素子の出力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光学系と、画像表示素子と光学系との間に配置され、偏光方向を画像表示素子の画素の配列に対して回転する第１の波長板と、を備える。
さらに、本実施の形態のヘッドアップディスプレイは、第１の波長板の偏光方向は、光学系が配置される所定の角度と略同じである。
この構成により、画像表示素子２１０と液晶レンズ２３０によるモアレの発生を防ぎ、輝度の低下を抑制できる。
また、本実施の形態のヘッドアップディスプレイは、光学系から出力される光の方向に、第２の波長板を備える。
さらに、本実施の形態のヘッドアップディスプレイは、第２の波長板の偏光方向は、光学系から出力される光のＳ波の偏光成分が多くなるように回転する。
この構成により、観察者Ｄに入射する光の輝度を高くすることができる。
さらに、本実施の形態のヘッドアップディスプレイは、第２の波長板の偏光方向は、光学系から出力される光のＳ波の偏光成分とＰ波の偏光成分が略同じになるように回転する。
この構成により、観察者Ｄが偏光サングラスを使用している時に、観察者Ｄに入射する光の輝度を高くすることができる。
（実施の形態２）
以下、図６を用いて、実施の形態２を説明する。なお、実施の形態２では、実施の形態１の構成と異なる部分を中心に説明し、同じ構成については説明を省略する。
［２−１．ヘッドアップディスプレイの構成］
実施の形態２におけるヘッドアップディスプレイ１０２の構成について、実施の形態１で説明したヘッドアップディスプレイ１００と異なる点を中心に説明する。
実施の形態１のヘッドアップディスプレイ１０１では、観察者Ｄが偏光サングラスを使用した場合と偏光サングラスを使用しない場合で第２の波長板２５０から出力される光は、それぞれ一定になる構成であった。
実施の形態２では、観察者Ｄが偏光サングラスを使用した場合と偏光サングラスを使用しない場合で、ヘッドアップディスプレイから出力される光の輝度を変更可能なヘッドアップディスプレイを提供する。
［２−２．表示ユニットの構成］
図６は、実施の形態２におけるヘッドアップディスプレイの斜視図である。図６において、ヘッドアップディスプレイ１０２は、表示ユニット２０２と制御部２４０とスイッチ２７０とで構成される。
表示ユニット２０２は、画像表示素子２１０と、第１の波長板２２０と、液晶レンズ２３０と偏光変換素子２６０とからなる。
ヘッドアップディスプレイ１０２の構成は、実施の形態１のヘッドアップディスプレイ１００の構成に対して、偏光変換素子２６０とスイッチ２７０が追加されている。ヘッドアップディスプレイ１０２の構成は、偏光変換素子２６０とスイッチ２７０を除き、ヘッドアップディスプレイ１００と同じ構成である。
偏光変換素子２６０は、例えば、ねじれネマチック液晶（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）である。ねじれネマチック液晶は、電圧を印加すると、透過前後で偏光方向を９０度回転する。
スイッチ２７０は、自動車１０内部の観察者Ｄがオン・オフの切り替えができるような位置に配置される。観察者Ｄが偏光サングラスを使用していない時は、観察者Ｄはスイッチ２７０をオフに設定し、観察者Ｄが偏光サングラスを使用している時は、観察者Ｄはスイッチ２７０をオンに設定する。
制御部２４０は、スイッチ２７０の状態を検出する。スイッチ２７０がオンに設定されている場合、制御部２４０は偏光変換素子２６０に電圧を印加し、スイッチ２７０がオフに設定されている場合、制御部２４０は偏光変換素子２６０に電圧を印加しない。
偏光変換素子２６０に電圧が印加されていない時、偏光変換素子２６０は、Ｓ波の偏光成分が多く透過するように設定する。そして、ウインドシールド４００への反射偏光特性は、Ｓ波の偏光成分が多くなる。
偏光変換素子２６０に電圧が印加されている時、偏光変換素子２６０は、透過前後で偏光特性を９０度回転し、Ｐ波の偏光成分が多く透過するように設定する。そして、ウインドシールド４００への反射偏光特性は、Ｐ波の偏光成分が多くなる。
なお、偏光変換素子２６０に電圧が印加されている時、偏光変換素子２６０は、透過前後で偏光特性を９０度回転するように設定したが、９０度回転させなくてもよい。偏光変換素子２６０は、透過前後で偏光特性を０度以上９０度以下であればよい。
なお、観察者Ｄが偏光サングラスを使用している時に偏光変換素子２６０に電圧を印加する構成としたが、これに限らない。例えば、観察者Ｄが偏光サングラスを使用していない時に偏光変換素子２６０に電圧を印加するように構成してもよい。
なお、本実施の形態では、観察者Ｄの偏光サングラス使用の有無は、スイッチを用いる構成としたが、これに限らない。例えば、観察者Ｄの偏光サングラス使用の有無を自動車１０内部にカメラ等の各種センサが自動で認識するように構成してもよい。
［２−３．効果］
以上のように、本実施の形態のヘッドアップディスプレイは、画像の表示を制御する制御部と、右眼用虚像画像を表示する右眼用画素と、左眼用虚像画像を表示する左眼用画素とが交互に配置された画像表示素子と、画像表示素子の画素の配列に対して所定の角度で傾斜して配置され、画像表示素子の出力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光学系と、画像表示素子と光学系との間に配置され、偏光方向を画像表示素子の画素の配列に対して回転する第１の波長板と、光学系から出力される光の方向に、偏光変換素子を備える。そして制御部は、偏光変換素子の電圧の印加を制御する。
さらに、本実施のヘッドアップディスプレイは、偏光変換素子は、制御部により電圧が印加されていない時は、光学系から出力される光のＳ波の偏光成分が多く透過するように設定され、制御部により電圧が印加されている時は、光学系から出力される光のＰ波の偏光成分が多く透過するように設定される。
この構成により、観察者Ｄの偏光サングラスの使用有無に応じて観察者Ｄに入射する光の輝度を高くすることができる。
（他の実施形態）
以上のように、本開示の例示として、実施の形態１、２を説明した。しかし、本開示技術は、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。
上記実施の形態では、ウインドシールドを用いたヘッドアップディスプレイを説明したが、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にも適用可能である。
表示ユニットは上記実施の形態の構成に限定されない。表示ユニットは、虚像光学系を有してもよい。
本開示は、裸眼立体視可能なヘッドアップディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを搭載した移動体に、適用可能である。
１０ 自動車
１００，１０１，１０２ ヘッドアップディスプレイ
２００，２０１，２０２ 表示ユニット
２１０ 画像表示素子
２２０ 第１の波長板
２３０ 液晶レンズ
２４０ 制御部
２５０ 第２の波長板
２６０ 偏光変換素子
２７０ スイッチ
４００ ウインドシールド
５００ アイボックス

Claims (8)

  1. 画像の表示を制御する制御部と、
    右眼用虚像画像を表示する右眼用画素と、左眼用虚像画像を表示する左眼用画素とが交互に配置された画像表示素子と、
    前記画像表示素子の画素の配列に対して所定の角度で傾斜して配置され、前記画像表示素子の出力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光学系と、
    前記画像表示素子と前記光学系との間に配置され、偏光方向を前記画像表示素子の画素の配列に対して回転する第１の波長板と、を備える、
    ヘッドアップディスプレイ。
  2. 前記第１の波長板の前記偏光方向は、前記光学系が配置される前記所定の角度と略同じである、
    請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
  3. 前記光学系から出力される光の方向に、第２の波長板を備える、
    請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
  4. 前記第２の波長板の偏光方向は、前記光学系から出力される光のＳ波の偏光成分が多くなるように回転する、
    請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
  5. 前記第２の波長板の偏光方向は、前記光学系から出力される光のＳ波の偏光成分とＰ波の偏光成分が略同じになるように回転する、
    請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
  6. 前記光学系から出力される光の方向に、偏光変換素子を備え、
    前記制御部は、前記偏光変換素子の電圧の印加を制御する、
    請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
  7. 前記偏光変換素子は、
    前記制御部により電圧が印加されていない時は、前記光学系から出力される光のＳ波の偏光成分が多く透過するように設定され、
    前記制御部により電圧が印加されている時は、前記光学系から出力される光のＰ波の偏光成分が多く透過するように設定される、
    請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ。
  8. 請求項１に記載のヘッドアップディスプレイと、
    前記ヘッドアップディスプレイが出力する光を反射するウインドシールドと、を備える、
    移動体。
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