JP2019153958A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドアップディスプレイが大型化することを抑制しつつ、視認性を向上できるようにする技術を提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ１は、立体表示装置１０と、制御部５０と、を備える。立体表示装置１０は、左右のアイレンジＥＲのそれぞれに対して同時に視認可能な複数の視差画像をそれぞれ表示させる。制御部５０は、立体表示装置１０に表示させる複数の視差画像を生成する。また、制御部５０は、アイレンジＥＲから両眼の輻輳角に従う視線の交点までの距離を輻輳距離ＬＣ、アイレンジＥＲから眼球に入射する複数の視差画像が結像する結像位置までの距離を多眼距離ＬＢ、立体表示装置１０からアイレンジＥＲまでの光路の距離を表示距離ＬＡとして、多眼距離ＬＢが表示距離ＬＡよりも大きくかつ輻輳距離ＬＣよりも小さくなるように、複数の視差画像を生成する。【選択図】図１

Description

本開示は、視差画像をアイレンジに提供するように構成されたヘッドアップディスプレイに関する。

下記の特許文献１には、上記のヘッドアップディスプレイとして、表示部に表示された画像を凹面鏡で反射させ、さらにフロントガラス等の被投影部材に反射させることで、表示部からアイレンジまでの光路の距離を表す表示距離を極力長くするという技術が提案されている。この技術では、両眼の輻輳角に従う視線の交点までの距離を表す輻輳距離に、表示距離を近づけることで視認性を向上させている。

国際公開第２０１５／１４５９３３号

しかしながら、発明の詳細な検討の結果、特許文献１の技術では、光路の距離を長くするために、ヘッドアップディスプレイが大型化するという課題が見出された。
本開示の一側面は、視差画像をアイレンジに提供するように構成されたヘッドアップディスプレイにおいて、ヘッドアップディスプレイが大型化することを抑制しつつ、視認性を向上できるようにする技術を提供することにある。

本開示の一態様は、被投影部材を介して視差画像をアイレンジに提供するように構成されたヘッドアップディスプレイ（１）であって、表示部（１０）と、制御部（５０）と、を備える。

表示部は、左右のアイレンジのそれぞれに対して同時に視認可能な複数の視差画像をそれぞれ表示させる。制御部は、表示部に表示させる複数の視差画像を生成する。また、制御部は、アイレンジから両眼の輻輳角に従う視線の交点までの距離を輻輳距離、アイレンジから眼球に入射する複数の視差画像が結像する結像位置までの距離を多眼距離、表示部からアイレンジまでの光路の距離を表示距離として、多眼距離が表示距離よりも大きくかつ輻輳距離よりも小さくなるように、複数の視差画像を生成する。

このような構成によれば、多眼距離を表示距離よりも大きく設定することで、相対的に表示距離を小さく設定できるので、ヘッドアップディスプレイを小型化できる。また、輻輳距離が３ｍよりも大きい場合、多眼距離を輻輳距離よりも小さくすることで、多眼距離と目の調節距離が一致するため、多眼距離を輻輳距離と等しく構成する場合と比較して視認性を向上することができる。

なお、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。 本実施形態の視差画像の見え方を示す平面図である。 従来構成での視差画像の見え方を示す平面図である。 画像表示処理を示すフローチャートである。 表示距離設定処理を示すフローチャートである。 実験に用いる装置の説明図である。 スコアと対象物の見え方との関係を示す説明図である。 表示距離１．０ｍにおける実験結果を示す表である。 表示距離０．７ｍにおける実験結果を示す表である。 表示距離０．８ｍにおける実験結果を示す表である。

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．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、立体画像である視差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と、制御部５０とを備える。

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。フロントガラスＧは、立体表示装置１０による表示光の射出方向に位置するように構成される。つまり、凹面鏡等の反射部材を介することなく、表示光が直線的にフロントガラスＧに照射される。この光線はフロントガラスＧにて反射され、運転者の視点、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。

制御部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、制御部５０は、ＣＰＵ５１と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ５２）と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。制御部５０の各種機能は、ＣＰＵ５１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ５２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。

また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、非遷移的実体的記録媒体とは、記録媒体のうちの電磁波を除く意味である。また、制御部５０を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。

制御部５０は、ＣＰＵ５１がプログラムを実行することで実現される機能の構成として、図１に示すように、設定部５６と、表示処理部５７と、を備える。制御部５０を構成するこれらの要素を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部または全部の要素について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現してもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現してもよい。

設定部５６および表示処理部５７の機能では、後述する画像表示処理を実施することによって、視認性が向上した視差画像を提供する。特に、設定部５６の機能では、車両ＡＭの走行状態や周囲の環境に応じて、後述する多眼距離を設定する。また、表示処理部５７の機能では、設定した多眼距離や、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。つまり、超多眼方式では、片眼に対して複数の視差画像が同時に入射されるよう設定される。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。調節機能とは、人間が物体にピントを合わせようとする際の機能であり、本実施形態では、眼球特有の調節距離や、本実施形態の処理で設定される多眼距離に応じて誘起される。

また、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。

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、立体視用レンチキュラ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、ウィンド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、制御部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、制御部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、垂直方向に対応する方向であるものの、垂直方向と一致する方向ではなく、垂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。垂直方向、水平方向は互いに直行しており、パネルの発光面に対し平行である。

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、垂直方向に並ぶ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、垂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、垂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、垂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よい。

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px、py、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fIL、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< pxかつd_sy ×f_MLA/ f_IL < py
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PL、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< PL/ 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。

［１−３．超多眼方式による視差画像の見え方］
このようなヘッドアップディスプレイ１では、画像表示部２２を用いて複数の視差画像を別々に表示させ、それぞれの視差画像をアイレンジＥＲにて視認できるように構成される。図７に示す例では、眼球から表示距離ＬＡだけ隔てた位置にある画像表示部２２を用いて、三角形（△）を表示させる。

なお、表示距離ＬＡは、画像表示部２２の位置［Ａ］からアイレンジまでの光路の距離を示す。本実施形態での表示距離ＬＡは、概ね１．０ｍに設定される。
図７に示す例では、左右の眼球のそれぞれに、同時に３つの視差画像が入射されるように設定されており、画像表示部２２の位置では三角形が左右にずれて重ねられた画像６１となる。このため、眼球は、この左右のずれが解消するようにピントを調整し、図７に示す例では、３つの三角形がずれることなく重なる結像状態６２となるように視認しようとする。結像状態６２は、画像表示部２２よりも遠方の結像位置［Ｂ］にて実現する。

ここでは、アイレンジからそれぞれの眼球に入射する複数の視差画像が結像する結像位置［Ｂ］までの距離を多眼距離ＬＢと表記する。なお、多眼距離ＬＢは、１つの眼球に同時に入射される視差画像の左右のずれ量を調整することで、任意に設定することができる。多眼距離ＬＢは、片眼でピントが合う距離であるともいえる。

なお、左右の眼球に入射される視差画像において輻輳角θに応じた表示位置も設定可能である。輻輳角θは、例えば、左右の眼球にそれぞれ入射される３つの視差画像のうちの平均的な視差等によって決定される。図７では、左右それぞれ眼球と、３つの視差画像のうちの中央の視差画像とを結ぶ直線同士のなす角を輻輳角θとしている。ここで、アイレンジから両眼の輻輳角θに従う視線の交点の位置［Ｃ］までの距離を輻輳距離ＬＣとする。

輻輳距離ＬＣは、人間が視認物までの距離として認識される距離である。なお、本実施形態での輻輳距離ＬＣは、概ね２０ｍに設定されるが、輻輳距離ＬＣは、左右の眼球に入射される視差画像の位置関係を変更することで任意に設定可能である。

ここで、本実施形態の制御部５０は、多眼距離ＬＢが表示距離ＬＡよりも大きく、輻輳距離ＬＣよりも小さくなり、輻輳距離が３ｍよりも大きい場合、多眼距離ＬＢが３ｍ〜５ｍの範囲内になるように設定する。

なお、図８に従来構成の一例を示す。図８に示す構成では、表示距離ＬＡと、片眼でピントが合う距離とが一致し、図７に示す本実施形態の構成よりも、片眼でピントが合う距離と輻輳距離ＬＣとの差が大きくなる。このため、視認状態が不自然となり、眼球の疲れを誘発する。一方、本実施形態では、多眼距離ＬＢを設けることで、片眼でピントが合う距離をより自然に近づけるため、眼球の疲れを抑制する。

ここで、多眼距離ＬＢと輻輳距離ＬＣとを一致させていないのは、後述する実験結果より、多くの人間が輻輳距離ＬＣに両眼のピントを合わせて物体を視認しているわけでなく、概ね、５ｍ以下に両眼のピントを合わせていることが分かったからである。

［１−４．処理］
制御部５０が実行する画像表示処理について、図９のフローチャートを用いて説明する。
まず、Ｓ１１０で、制御部５０は、外界情報を取得する。外界情報とは、自車両の周囲の外部の情報を表し、例えば、車両周囲の照度、対向車のライトの有無、天候等の環境情報が該当する。

続いて、Ｓ１２０で、制御部５０は、自車情報を取得する。自車情報とは、自車両に関する情報を表し、例えば、運転者の眼球の位置、運転者の眼球の周囲の照度、ワイパ駆動の有無、自車のライト点灯状況、自車両の走行速度等の情報が該当する。

続いて、Ｓ１３０で、制御部５０は、表示距離設定処理を実行する。表示距離設定処理では、輻輳距離ＬＣを３ｍ以上に設定して表示したいコンテンツにおいて、多眼距離ＬＢが３ｍ〜５ｍの範囲内になるように設定を行う。表示距離設定処理については、図１０のフローチャートを用いて説明する。

表示距離設定処理では、まず、Ｓ２００で、制御部５０は、輻輳距離ＬＣを３ｍ以上に設定して画像を表示させるか否かを判定する。輻輳距離ＬＣは、コンテンツによって予め設定される。

制御部５０は、輻輳距離ＬＣが３ｍ未満であれば、Ｓ２０５へ移行し、多眼距離ＬＢを輻輳距離ＬＣと同じ値に設定し、表示距離設定処理を終了する。また、制御部５０は、輻輳距離ＬＣが３ｍ以上であれば、Ｓ２１０に移行し、車両ＡＭの運転者の視力を入力し、視力について判定する。運転者の視力は、例えば予め運転者等によって制御部５０のメモリ５２に入力されている。

制御部５０は、Ｓ２１０で運転者の視力が１．０未満である場合には、Ｓ２２０へ移行し、基準距離に対して−０．７ｍを仮の設定値として設定する。ここで、基準距離は、例えば４．０ｍに設定されている。また、制御部５０は、Ｓ２１０で運転者の視力が１．０、又は、１．２の場合には、Ｓ２３０で、基準距離を仮の設定値として設定する。

続いて、制御部５０は、Ｓ２１０で運転者の視力が１．５以上の場合には、Ｓ２４０で、基準距離＋０．７ｍを仮の設定値として設定する。
続いて、Ｓ２６０で、制御部５０は、照度情報を入力し、照度情報について判定する。照度情報としては、例えば、車両ＡＭの周囲の照度等が該当する。なお、車両ＡＭの周囲の照度に限らず、例えば、対向車のライトの照度、自車両のライトの照射範囲等に応じて本処理の判定を行ってもよい。またこれらの判定を組み合わせてもよい。自車両のライトの照射範囲に応じて判定を行う場合、例えば、自車両のライトがロービームである場合には、Ｓ２７０またはＳ２８０の処理に移行し、ハイビームである場合には、Ｓ２８０またはＳ２９０の処理に移行してもよい。すなわち、制御部５０は、車両のヘッドライトの照射範囲に応じて多眼距離ＬＢが変動するように設定してもよい。

制御部５０は、Ｓ２６０で、照度情報が３００ｌｘ未満であれば、Ｓ２７０に移行し、仮の設定値を−０．３ｍ／６０ｓとして設定し、変更後の値を新たな仮の設定値とする。すなわち、仮の設定値を６０秒かけて徐々に０．３ｍ小さく変更する。

制御部５０は、Ｓ２６０で、照度情報が３００ｌｘ以上１０００ｌｘ未満であれば、Ｓ２８０に移行し、仮の設定値を増減させることなく設定する。
制御部５０は、Ｓ２６０で、照度情報が１０００ｌｘ以上であれば、Ｓ２９０で、制御部５０は、表示距離を＋０．２ｍ／１０ｓに設定し、変更後の値を新たな仮の設定値とする。すなわち、制御部５０は、周囲の照度に応じて多眼距離ＬＢが徐々に変動するようにし、周囲の照度が低くなった場合に、周囲の照度が高くなった場合と比較して、多眼距離ＬＢがより遅く変動するように設定する。

続いて、Ｓ３１０で、制御部５０は、ワイパが駆動している状態であるか否かを判定する。制御部５０は、ワイパが駆動している状態でないと判定した場合には、Ｓ３２０へ移行し、仮の設定値を増減させることなく、多眼距離ＬＢとして設定する。また、制御部５０は、Ｓ３１０でワイパが駆動している状態であると判定した場合には、Ｓ３３０へ移行し、仮の設定値に対して＋０．１ｍとした値を多眼距離ＬＢとして設定する。その後、図１０の表示距離設定処理を終了する。

続いて、図９に戻り、Ｓ１４０で、制御部５０は、表示させるコンテンツを決定する。コンテンツは、外部信号に応じて決定され、前述したような車両情報や前景情報を含む各種情報である。

続いて、Ｓ１５０で、制御部５０は、視差画像の表示位置を決定する。視差画像の表示位置は、例えば、コンテンツの内容に応じて予め設定された位置に設定される。
続いて、Ｓ１６０で、制御部５０は、表示させる視差画像を作成し、Ｓ１７０で、作成した画像を立体表示装置１０に表示させる。このような処理の後、図９の画像表示処理を終了する。

［１−５．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）ヘッドアップディスプレイ１は、フロントガラスＧを介して視差画像をアイレンジＥＲに提供するように構成され、立体表示装置１０と、制御部５０と、を備える。

立体表示装置１０は、左右のアイレンジＥＲのそれぞれに対して同時に視認可能な複数の視差画像をそれぞれ表示させる。制御部５０は、立体表示装置１０に表示させる複数の視差画像を生成する。また、制御部５０は、アイレンジＥＲから両眼の輻輳角に従う視線の交点までの距離を輻輳距離ＬＣ、アイレンジＥＲから眼球に入射する複数の視差画像が結像する結像位置までの距離を多眼距離ＬＢ、立体表示装置１０からアイレンジＥＲまでの光路の距離を表示距離ＬＡとして、多眼距離ＬＢが表示距離ＬＡよりも大きくかつ輻輳距離ＬＣよりも小さくなるように、複数の視差画像を生成する。

このような構成によれば、多眼距離ＬＢを表示距離ＬＡよりも大きく設定することで、相対的に表示距離ＬＡを小さく設定できるので、ヘッドアップディスプレイを小型化できる。また、多眼距離ＬＢを輻輳距離ＬＣよりも小さくすることで、多眼距離ＬＢを輻輳距離ＬＣと等しく構成する場合と比較して視認性を向上することができる。

（１ｂ）ヘッドアップディスプレイ１において、フロントガラスＧは、立体表示装置１０による表示光の射出方向に位置するように構成される。
このような構成によれば、立体表示装置１０とフロントガラスＧとの間に凹面鏡等の反射部材を備えない構成とすることができるので、ヘッドアップディスプレイの構成を簡素化することができる。また、反射部材を配置しない分だけヘッドアップディスプレイを小型化することができる。

（１ｃ）ヘッドアップディスプレイ１において、制御部５０は、輻輳距離が３ｍ以上の表示をする場合、多眼距離ＬＢが３ｍ〜５ｍの範囲内になるように複数の視差画像を生成する。

このような構成によれば、車の運転をする者の視力に適合した多眼距離ＬＢとすることができる。
（１ｄ）ヘッドアップディスプレイ１において、制御部５０は、周囲の照度に応じて多眼距離ＬＢが変動するように複数の視差画像を生成する。

このような構成によれば、照度に応じて焦点距離を変化させる人間の眼の特性に合わせて多眼距離ＬＢを変動させることができるので、より視認性を向上させることができる。詳細には、周辺の照度により、人間の瞳孔径が変化することで、快適な調節距離（ピント）が変化するが、本実施形態では、照度に応じて多眼距離ＬＢを変動するので、人間にとって快適な範囲での表示を維持することができる。

（１ｅ）ヘッドアップディスプレイ１において、制御部５０は、周囲の照度に応じて多眼距離ＬＢが徐々に変動するようにし、周囲の照度が低くなった場合に、周囲の照度が高くなった場合と比較して、多眼距離ＬＢがより遅く変動するように複数の視差画像を生成する。

このような構成によれば、暗順応が明順応よりも時間が掛かるという人間の眼の特性に合わせて多眼距離ＬＢを変更するので、より視認性を向上させることができる。また、人間が快適に視認できる快適視認距離は、暗順応により短くなるが、本実施形態では、この際に、多眼距離ＬＢを小さくするので、表示が見にくい時間を発生させにくいようにすることができる。

（１ｆ）ヘッドアップディスプレイ１において、当該ヘッドアップディスプレイ１は車両に搭載されていてもよい。制御部５０は、車両のワイパの作動時に、ワイパの非作動時よりも多眼距離ＬＢが大きくなるように複数の視差画像を生成する。

（１ｇ）すなわち、本実施形態では、快適視認距離の範囲内にワイパがあると、虚像の視認を妨げるため、ワイパの作動時に多眼距離ＬＢを大きく設定し、多眼距離ＬＢにピントが合っているときに、ワイパの作動が気になりにくいようにしている。よって、このような構成によれば、ワイパの作動が虚像の視認を妨げにくくすることができる。

（１ｈ）ヘッドアップディスプレイ１は車両に搭載されており、制御部５０は、車両のヘッドライトの照射範囲に応じて多眼距離ＬＢが変動するように複数の視差画像を生成する。

すなわち、ヘッドライトがより遠くを照射すると、視認先が明るくなる事で快適視認距離が長くなるこのため、本実施形態では、ヘッドライトがより遠くを照射するか否か、例えば、ハイビームであるかロービームであるかに応じて多眼距離ＬＢを設定する。よって、このような構成によれば、ヘッドライトの照射範囲に適した視認に最適な多眼距離ＬＢを設定することができる。

［１−６．実験例］
本実施形態の構成であれば視認性を向上させる効果を奏することを実験において確認した。本実験例では、図１１に示すような装置を用いて、被験者の前方２０ｍの位置あるスクリーンに照射される４０ｃｍ四方となる実景と、ウィンドシールドにて反射される虚像とを、種々の条件を変更しつつ被験者に視認させる構成を採用した。なお、輻輳距離については２０ｍとしている。

また、この際には、矯正レンズを用いて被験者の眼球における調節位置を変化させ、視力、実景の見え方、虚像の見え方を比較した。なお、被験者は、通常の近視であり、日常は眼鏡をかけており、矯正レンズの内シリンドリカルレンズを変えることで、調節位置を変化させた。

図１２には、スコアと実景または虚像の見え方との対応関係の一例を示し、図１２の一覧では、ぼやけることなくくっきりと見えるにつれて、スコアが高くなるように設定されていることが分かる。

虚像までの距離である表示距離を１．０ｍとして、調節距離および多眼距離を変化させたときのスコアを図１３に示す。なお、多眼距離は、図中では超多眼設定と表記している。
調節距離が５ｍであるときには、実景のスコアが５であるが、超多眼設定での虚像のスコアは４以下であった。超多眼設定での虚像が４ｍや１ｍに設定されているときには、調節距離が４ｍや２．５ｍであるときのほうが見やすいことが分かった。また、各被験者の日常眼鏡における視力では、調節距離が４ｍ前後であることが多かった。過矯正を避けるために、矯正された調節距離を４ｍ前後にすることが一般に推奨されているためである。ただし、裸眼での調節距離が５ｍ程度である被験者も存在するため、車両を運転する際の視力を考慮した多眼距離は、２．５ｍ〜５ｍ、或いは３ｍ〜５ｍ程度に設定することが好ましいと考えられる。

また、上記の実験結果では、超多眼設定を輻輳距離と同じ２０ｍとする場合よりも、調節距離に近い４ｍ前後とするほうが見やすい傾向があることも分かった。すなわち、輻輳距離よりも多眼距離を小さく設定する本実施形態の構成では、視認性が向上できることが確認できた。

次に、虚像までの距離である表示距離を０．７ｍとして、調節距離および多眼距離を変化させたときのスコアを図１４に示し、虚像までの距離である表示距離を０．８ｍとして、調節距離および多眼距離を変化させたときのスコアを図１５に示す。

表示距離０．７ｍである場合には、図１４に示すように、表示距離が１．０の場合よりも、虚像の見え方がいずれの条件においても低下した。一方で、表示距離を０．８ｍにした時の虚像の見え方は、図１５に示すように、表示距離１．０ｍと比較して低下したが、超多眼設定２．５ｍ〜４ｍの範囲内ではスコアが４以上であり許容の範囲内であった。したがって、表示距離は０．８ｍ以上にすることが好ましいといえる。

［２．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。

（２ａ）上記実施形態では、ヘッドアップディスプレイ１を車両ＡＭに搭載する例について説明したが、例えば、航空機や鉄道車両等の移動体に搭載されてもよい。
（２ｂ）上記実施形態では、超多眼方式を採用する機器において本開示を適用したが、超多眼方式に限らず、例えば、圧縮ライトフィールド、インテグラルイメージング等の多視点映像を生成する機器であっても本開示を採用することができる。

（２ｃ）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。

（２ｄ）上述したヘッドアップディスプレイ１の他、当該ヘッドアップディスプレイ１を構成要素とするシステム、当該ヘッドアップディスプレイ１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、立体表示方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

［３．実施形態の構成と本開示の構成との対応関係］
上記実施形態での立体表示装置１０は、本開示での表示部に相当し、上記実施形態でのフロントガラスＧは、本開示での被投影部材に相当する。

１…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レンズ、１７…投射レンズ、２０Ａ…画像生成部、２１…液晶パネル、２２…画像表示部、２４…遮光拡散板、２５…ピンホールアレイ板、２６…水平拡散板、５０…制御部、５１…ＣＰＵ、５２…メモリ、５６…設定部、５７…表示処理部、Ｇ…フロントガラス。

Claims (7)

1. 被投影部材（Ｇ）を介して視差画像をアイレンジ（ＥＲ）に提供するように構成されたヘッドアップディスプレイ（１）であって、
   左右のアイレンジのそれぞれに対して同時に視認可能な複数の視差画像をそれぞれ表示させる表示部（１０）と、
   前記表示部に表示させる複数の視差画像を生成する制御部（５０）と、
   を備え、
   前記制御部は、アイレンジから両眼の輻輳角に従う視線の交点までの距離を輻輳距離、アイレンジから眼球に入射する複数の視差画像が結像する結像位置までの距離を多眼距離、前記表示部からアイレンジまでの光路の距離を表示距離として、前記多眼距離が前記表示距離よりも大きくかつ前記輻輳距離よりも小さくなるように、前記複数の視差画像を生成する
   ように構成されたヘッドアップディスプレイ。
2. 請求項１に記載のヘッドアップディスプレイであって、
   前記被投影部材は、前記表示部による表示光の射出方向に位置する
   ように構成されたヘッドアップディスプレイ。
3. 請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイであって、
   前記制御部は、前記輻輳距離が３ｍ以上の表示を行う時に、前記多眼距離が３ｍ〜５ｍの範囲内になるように前記複数の視差画像を生成する
   ように構成されたヘッドアップディスプレイ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイであって、
   前記制御部は、前記周囲の照度に応じて前記多眼距離が変動するように前記複数の視差画像を生成する
   ように構成されたヘッドアップディスプレイ。
5. 請求項４に記載のヘッドアップディスプレイであって、
   前記制御部は、前記周囲の照度に応じて前記多眼距離が徐々に変動するようにし、前記周囲の照度が低くなった場合に、前記周囲の照度が高くなった場合と比較して、前記多眼距離がより遅く変動するように前記複数の視差画像を生成する
   ように構成されたヘッドアップディスプレイ。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイであって、
   当該ヘッドアップディスプレイは車両に搭載されており、
   前記制御部は、前記車両のワイパの作動時に、前記ワイパの非作動時よりも前記多眼距離が大きくなるように前記複数の視差画像を生成する
   ように構成されたヘッドアップディスプレイ。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイであって、
   当該ヘッドアップディスプレイは車両に搭載されており、
   前記制御部は、前記車両のヘッドライトの照射範囲に応じて前記多眼距離が変動するように前記複数の視差画像を生成する
   ように構成されたヘッドアップディスプレイ。

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