JP7337153B2 - ヘッドアップディスプレイシステムおよび移動体 - Google Patents

Description

本開示は、ヘッドアップディスプレイシステムおよび移動体に関する。

従来、投影部の液晶パネル等を透過した画像光を車両のウインドシールド等の光学部材で反射させて車両の操作者の眼球に入射させることで、車両に搭乗する利用者に虚像面を視認させるヘッドアップディスプレイ装置が知られている。このようなヘッドアップディスプレイ装置は、利用者の眼に画像光が到達し得るように、利用者の眼の位置を検出し、当該眼の位置に基づいて、画像光の進行方向を規定するミラーの角度を制御している（特許文献１）。

しかしながら、移動体が走行中に振動した場合、移動体の振動にともなって、当該移動体に搭載されているヘッドアップディスプレイ装置によって形成された虚像面が振動する。このため、仮に、虚像面が利用者の視野範囲内に形成されたとしても、利用者は振動している虚像面を視認することになる。この場合、利用者は、虚像面を正確に認識するために、虚像面の振動に合わせて視点を動かさなければならず、利用者は快適に虚像面を視認することができないことがあった。したがって、利用者が快適に虚像面を視認することが望まれている。

国際公開第２０１８／０４２８９８号

本開示のヘッドアップディスプレイシステムは、３次元表示装置と、光学部材と、加速度センサとを備える。前記３次元表示装置は、表示パネルと、光学素子と、コントローラとを含む。前記表示パネルは、視差画像を表示するように構成される。前記光学素子は、前記表示パネルから射出される画像光の伝播方向を規定するように構成される。前記光学部材は、前記３次元表示装置からの画像光を利用者の眼に向けて反射させるように構成される。前記光学部材は、前記３次元表示装置に対して固定されている。前記加速度センサは、前記３次元表示装置の加速度を検出するように構成される。前記コントローラは、前記加速度に基づいて、前記表示パネルにおける前記視差画像の位置を制御するように構成されており、前記加速度に基づいて前記３次元表示装置の変位を算出し、前記加速度に基づいて前記利用者の眼の変位を推定し、前記３次元表示装置の変位と前記利用者の眼の変位とに基づいて、前記表示パネル上の前記視差画像の位置を制御するように構成され、前記利用者の眼の変位を、前記３次元表示装置の変位に対して所定時間遅れた、前記３次元表示装置の変位の大きさの所定比率の大きさを有する変位であるものとして推定するように構成される。

本開示の移動体は、ヘッドアップディスプレイシステムを備える。ヘッドアップディスプレイシステムは、３次元表示装置と、光学部材と、加速度センサとを含む。前記３次元表示装置は、表示パネルと、光学素子と、コントローラとを有する。前記表示パネルは、視差画像を表示するように構成される。前記光学素子は、前記表示パネルから射出される画像光の伝播方向を規定するように構成される。前記光学部材は、前記３次元表示装置からの画像光を利用者の眼に向けて反射させるように構成される。前記光学部材は、前記３次元表示装置に対して固定されている。前記加速度センサは、前記３次元表示装置の加速度を検出するように構成される。前記コントローラは、前記加速度に基づいて、前記表示パネルにおける前記視差画像の位置を制御するように構成されており、前記加速度に基づいて前記３次元表示装置の変位を算出し、前記加速度に基づいて前記利用者の眼の変位を推定し、前記３次元表示装置の変位と前記利用者の眼の変位とに基づいて、前記表示パネル上の前記視差画像の位置を制御するように構成され、前記利用者の眼の変位を、前記３次元表示装置の変位に対して所定時間遅れた、前記３次元表示装置の変位の大きさの所定比率の大きさを有する変位であるものとして推定するように構成される。

本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
第１実施形態のＨＵＤを搭載した移動体の例を示す図である。 図１に示す３次元表示装置の概略構成図である。 図２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２に示すパララックスバリアを奥行方向から見た例を示す図である。 図１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。 ３次元表示装置および利用者の眼それぞれの変位の時間変化を示す図である。 利用者の眼、虚像面、光学部材、および表示装置の、ｖ軸方向の位置関係を説明するための図である。 利用者の眼、虚像面、光学部材、および表示装置の、ｗ軸方向の位置関係を説明するための図である。 図８に示す、利用者の眼、虚像面、および光学部材をｕ軸方向から見た図である。 図１に示す３次元表示装置の変形例を示す図である。

以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、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。

本開示は、利用者が快適に虚像面を視認することができるヘッドアップディスプレイシステムおよび移動体を提供する。

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（ＨＵＤ：Head Up Display）システム１００は、図１に示すように、加速度センサ１と、１つ以上の反射器２と、光学部材３と、３次元表示装置４とを備える。ＨＵＤシステム１００は、移動体１０に搭載されている。反射器２および光学部材３を光学系ともいう。

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、スクレーパー、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。

加速度センサ１は、該加速度センサ１を搭載している３次元表示装置４の加速度を検出し、検出された加速度を３次元表示装置４に送信する。加速度センサ１は、３次元表示装置４の筐体に固定して取付けられてよい。加速度センサ１は、３次元表示装置４を固定して搭載する移動体１０のいずれかの部材に固定して取付けられてよい。加速度センサには、機械的変位測定方式、光学的方式、半導体方式等種々の方式のものが含まれるが、加速度センサはこれらに限られない。半導体方式の加速度センサとしては、ピエゾ抵抗型、静電容量型、ガス温度分布型等種々のタイプの加速度センサが含まれうる。

反射器２は、３次元表示装置４に対する相対位置が固定されるように配置される。例えば、３次元表示装置４が、移動体１０に対する相対位置が固定されるように配置され、反射器２が、移動体１０に対する相対位置が固定されるように配置される。これにより、反射器２は、３次元表示装置４に対する相対位置が固定されることになる。

反射器２は、３次元表示装置４から射出された画像光を、光学部材３の所定領域に向けて反射させる。所定領域は、該所定領域で反射した画像光が利用者の眼の方に向かう領域である。所定領域は、光学部材３に対する利用者の眼の方向、および光学部材３への画像光の入射方向によって定まりうる。反射器２は、１つ以上の反射素子を含む。

反射素子それぞれは、ミラーであってよい。反射素子がミラーである場合、例えば、ミラーは凹面鏡としてよい。図１において、１つ以上の反射素子は、１つのミラーとして表示している。しかし、これに限られず、１つ以上の反射素子は、２つ以上のミラーを組み合わせて構成してよい。

光学部材３は、３次元表示装置４に対する相対位置が固定されるように配置される。例えば、３次元表示装置４が、移動体１０に対する相対位置が固定されるように配置され、光学部材３は、移動体１０に対する相対位置が固定されるように配置される。これにより、光学部材３は、３次元表示装置４に対する相対位置が固定されることになる。

光学部材３は、３次元表示装置４から射出され、１つ以上の反射器２によって反射された画像光を、利用者の左眼（第１眼）および右眼（第２眼）に向けて反射させる。例えば、移動体１０のウインドシールドは、光学部材３として兼用されてよい。したがって、ＨＵＤシステム１００は、光路Ｌに沿って、３次元表示装置４から射出された光を、利用者の左眼および右眼まで進行させる。利用者は、光路Ｌに沿って到達した光を虚像面Ｖとして視認しうる。

図２に示すように、３次元表示装置４は、通信部４１と、コントローラ４２と、表示パネル４３と、照射器４４と、パララックスバリア４５とを含むことができる。

通信部４１は、加速度センサ１と通信可能である。通信部４１による加速度センサ１との通信において用いられる通信方式は、無線通信規格または携帯電話網へ接続する無線通信規格であってよいし、有線通信規格であってよい。近距離の無線通信規格は、例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、赤外線、ＮＦＣ（Near Field Communication）等を含んでよい。携帯電話網へ接続する無線通信規格は、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、第４世代移動通信システムまたは第５世代移動通信システム等を含んでよい。

通信部４１は、加速度センサ１から当該加速度センサ１によって検出された加速度を受信する。

コントローラ４２は、３次元表示装置４の各構成要素に接続され、各構成要素を制御しうる。コントローラ４２によって制御される構成要素は、通信部４１および表示パネル４３を含む。コントローラ４２は、例えばプロセッサとして構成される。コントローラ４２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汎用のプロセッサ、およ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４２は、１つまたは複数のプロセッサが協働するＳｏＣ（System-on-a-Chip）、およびＳｉＰ（System In a Package）のいずれかであってよい。

コントローラ４２は、加速度センサ１によって検出され、通信部４１によって受信された加速度に基づいて、各種の制御を行う。コントローラ４２の制御の詳細については追って説明する。

図３に示すように、表示パネル４３は、面状に形成された、視差画像を表示するアクティブエリアＡ上に複数の区画領域を有する。視差画像は、左眼画像（第１画像）と左眼画像に対して視差を有する右眼画像（第２画像）とを含む。左眼画像は、利用者の左眼（第１眼）に視認させるための画像である。右眼画像は、利用者の右眼（第２眼）に視認させるための画像である。区画領域は、第１方向、および第１方向に直交する第２方向に区画された領域である。第１方向および第２方向に直交する方向は第３方向と称される。本実施形態においては、第１方向を水平方向とする。第２方向を鉛直方向とする。第３方向を奥行方向とする。しかし、第１方向、第２方向、および第３方向はそれぞれこれらに限られない。図において、第１方向はｘ軸方向として表され、第２方向はｙ軸方向として表され、第３方向はｚ軸方向として表される。しかし、第１方向、第２方向、および第３方向はそれぞれこれらに限られない。図２～図４、および図１０において、第１方向はｘ軸方向として表され、第２方向はｙ軸方向として表され、第３方向はｚ軸方向として表される。図１、図５、および図７～図９、ならびに以降の説明において、利用者の右眼および左眼を通る直線の方向である眼間方向はｕ軸方向として表され、利用者の前後方向はｗ軸方向として表される。ｕ軸方向およびｗ軸方向に垂直な高さ方向はｖ軸方向として表される。

区画領域の各々には、１つのサブピクセルが対応する。したがって、アクティブエリアＡは、水平方向および鉛直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ピクセルは、１画素と称されうる。表示パネル４３としては、透過型の液晶パネルに限られず、有機ＥＬ等他の表示パネルを使用しうる。表示パネル４３として、自発光型の表示パネルを使用した場合、３次元表示装置４は照射器４４を備えなくてよい。

上述のようにアクティブエリアＡに配列された複数のサブピクセルは、サブピクセル群Ｐｇを構成する。サブピクセル群Ｐｇは、行方向および列方向にそれぞれ所定数のサブピクセルを含む。図３に示す例では、サブピクセル群Ｐｇは、鉛直方向にｂ個、水平方向に２×ｎ個、連続して配列された（２×ｎ×ｂ）個のサブピクセルＰ１～Ｐ（２×ｎ×ｂ）を含む。図３に示す例では、サブピクセル群Ｐｇは、水平方向に繰り返して配列されている。サブピクセル群Ｐｇは、鉛直方向においては、水平方向に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されている。本実施形態では、一例として、ｎ＝５、ｂ＝１の場合について説明する。図３に示すように、アクティブエリアＡには、鉛直方向に１行、水平方向に１０列、連続して配列された１０個のサブピクセルＰ１～Ｐ１０を含むサブピクセル群Ｐｇが配置される。Ｐ１～Ｐ１０をサブピクセルの識別情報と呼ぶ。図３には、一部のサブピクセル群Ｐｇに符号を付している。

サブピクセル群Ｐｇは、後述するコントローラ４２が画像を表示するための制御を行う最小単位である。サブピクセル群Ｐｇに含まれる各サブピクセルは、識別情報Ｐ１～Ｐ（２×ｎ×ｂ）で識別される。全てのサブピクセル群Ｐｇの同じ識別情報を有するサブピクセルＰ１～Ｐ（２×ｎ×ｂ）は、コントローラ４２によって同時に制御される。例えば、コントローラ４２は、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的に切り替えられる。

照射器４４は、表示パネル４３を面的に照射しうる。照射器４４は、光源、導光板、拡散板、拡散シート等を含んでよい。照射器４４は、光源により照射光を出射し、導光板、拡散板、拡散シート等により照射光を表示パネル４３の面方向に均一化する。そして、照射器４４は均一化された光を表示パネル４３の方に出射しうる。以下では、表示パネル４３を液晶パネルとして説明する。

パララックスバリア４５は、図２に示したように、アクティブエリアＡに沿う平面により形成され、アクティブエリアＡから所定距離（ギャップ）ｇ、離れて配置される。パララックスバリア４５は、表示パネル４３に対して照射器４４の反対側に位置してよい。パララックスバリア４５は、表示パネル４３の照射器４４側に位置してよい。

パララックスバリア４５は、図４に示すように、水平方向および鉛直方向に沿って格子状に配列された複数のバリア領域ｓを有する。パララックスバリア４５が有する複数のバリア領域ｓはバリア領域群ｓｇを構成する。バリア領域群ｓｇは、水平方向および鉛直方向にそれぞれ所定数のバリア領域を含む。具体的には、バリア領域群ｓｇは、サブピクセル群Ｐｇのサブピクセルの配列に対応して、鉛直方向にｂ個、水平方向に２×ｎ個、連続して配列された（２×ｎ×ｂ）個のバリア領域ｓ１～ｓ（２×ｎ×ｂ）を含む。バリア領域群ｓｇは、水平方向に繰り返して配列されている。バリア領域群ｓｇは、鉛直方向においては、水平方向に１バリア領域分ずれた位置に隣接して繰り返して配列されている。

上述のように、ｎ＝５、ｂ＝１である場合、バリア領域群ｓｇは、鉛直方向に１個、水平方向に１０個、連続して配列された１０個のバリア領域ｓ１～ｓ１０を含むバリア領域群ｓｇを有する。図４では、一部のバリア領域群ｓｇに符号を付している。バリア領域群ｓｇは、鉛直方向にｂ’個（ｂ’≠ｂ）、水平方向に２×ｎ’個（ｎ’≠ｎ）、連続して配列された（２×ｎ’×ｂ’）個のバリア領域ｓ１～ｓ（２×ｎ’×ｂ’）を含んでもよい。

例えば、図４に示すように、パララックスバリア４５は、複数のバリア領域群ｓｇから構成された、画像光を減光させる、複数の減光領域４５２を有する。複数の減光領域４５２は、互いに隣接する該減光領域４５２の間の透光領域４５１を画定する。透光領域４５１は、減光領域４５２に比べて光透過率が高い。

虚像面バリアピッチＶＢｐおよび虚像面ギャップＶｇは、適視距離Ｖｄを用いた次の式（１）および式（２）が成り立つように規定される。虚像面バリアピッチＶＢｐは、第２虚像面Ｖ２での、透光領域４５１の水平方向における配置間隔に対応する長さである。虚像面ギャップＶｇは、第２虚像面Ｖ２と第１虚像面Ｖ１との間の距離である。式（１）および式（２）において、適視距離Ｖｄは、利用者の右眼および左眼それぞれの位置とパララックスバリア４５の第２虚像面Ｖ２との間の距離である。眼間距離Ｅは、右眼と左眼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、第１虚像面Ｖ１におけるサブピクセルの虚像の、第１方向に対応する方向（ｕ軸方向）の長さである。
Ｅ：Ｖｄ＝（ｎ×ＶＨｐ）：Ｖｇ 式（１）
Ｖｄ：ＶＢｐ＝（Ｖｄ＋Ｖｇ）：（２×ｎ×ＶＨｐ） 式（２）

これにより、表示パネル４３のアクティブエリアＡから射出された画像光の一部は、透光領域４５１を透過し、図１に示したように、１つ以上の反射器２を介して光学部材３に到達し、光学部材３に反射されて利用者の眼に到達する。

このように、パララックスバリア４５が画像光の伝播方向を規定することによって、図５に示すように、利用者の眼が視認可能な、アクティブエリアＡの領域に対応する第１虚像面Ｖ１の領域が定まる。したがって、利用者は、見かけ上、パララックスバリア４５の虚像である第２虚像面Ｖ２を介して、表示パネル４３の第１虚像面Ｖ１を視認するかのごとく視差画像を認識する。ただし、実際には、利用者は、パララックスバリア４５の虚像面である第２虚像面Ｖ２を認識しない。

以降において、利用者の眼の位置に伝播する画像光によって利用者が視認しうる第１虚像面Ｖ１内の領域は可視領域Ｖａと称される。利用者の左眼の位置に伝播する画像光によって利用者が視認しうる第１虚像面Ｖ１内の領域は左可視領域ＶａＬ（第１可視領域）と称される。利用者の右眼の位置に伝播する画像光によって利用者が視認しうる第１虚像面Ｖ１内の領域は右可視領域ＶａＲ（第２可視領域）と称される。

パララックスバリア４５は、例えば、液晶シャッタで構成されてよい。液晶シャッタは、印加する電圧に基づいて光の透過率を制御しうる。液晶シャッタは、複数の画素で構成され、各画素における光の透過率を制御してよい。

ここで、コントローラ４２による制御について詳細に説明する。

コントローラ４２は、表示パネル４３に画像を表示させる。具体的には、コントローラ４２は、通信部４１によって受信された画像データに基づいて表示パネル４３に画像を表示させてよい。３次元表示装置４は、メモリを備えてもよく、この場合、コントローラ４２は、メモリに記憶されている画像データに基づいて表示パネル４３に画像を表示させてよい。３次元表示装置４は、入力インターフェースを備えてもよく、この場合、入力インターフェースを介して入力された画像データに基づいて表示パネル４３に画像を表示させてよい。

コントローラ４２は、表示パネル４３に画像を表示させるとき、加速度センサ１によって検出された加速度に基づいて、表示パネル４３に表示させる画像の、当該表示パネル４３上の位置を制御する。

具体的には、まず、コントローラ４２は、通信部４１が加速度センサ１から受信した加速度α（ｔ）に基づいて、時刻ｔ_０から時刻ｔまでに３次元表示装置４が変位した距離Ｌ_１（ｔ）を算出する。例えば、コントローラ４２は、時刻ｔ_０から時刻ｔまでの加速度α（ｔ）を２階積分することによって、式（３）に示すように距離Ｌ_１（ｔ）を算出してよい。

コントローラ４２は、通信部４１が加速度センサ１から受信した加速度α（ｔ）に基づいて、時刻ｔ_０から時刻ｔまでに利用者の眼が変位した距離Ｌ_２（ｔ）を推定する。３次元表示装置４を搭載している移動体１０に搭乗している利用者は、座席シートのクッション性等に起因して、移動体１０の変位に対して所定時間Δｔ遅れて、移動体１０の変位に対して所定比率ｒで変位することが発明者によって見出されている。上述のように、３次元表示装置４は、移動体１０に対して相対位置が固定して取付けられている。そのため、図６に示すように、利用者の眼は、３次元表示装置４の変位に所定時間Δｔ遅れて変位する。利用者の眼が変位する距離Ｌ_２（ｔ）の大きさは、３次元表示装置４が変位する距離Ｌ_１（ｔ）に対して所定比率ｒである。したがって、コントローラ４２は、例えば、式（４）を用いて、通信部４１が加速度センサ１から受信した加速度α（ｔ）に基づいて、利用者の眼が変位する距離Ｌ_２（ｔ）を推定することができる。

所定時間Δｔ及び所定比率ｒは、例えば、移動体１０の座席シートの特性、利用者の身体的特徴（例えば、体重）等に依存し、適宜、予め設定されていてよい。例えば、座席シートの剛性が高い（クッション性が低い）ほど、所定時間Δｔが小さく設定されてよい。利用者の体重が大きいほど、所定比率ｒが小さく設定されてよい。このような構成において、例えば、利用者の操作によって体重が第１範囲であることを示す入力がなされた場合に所定比率ｒをｒ１とし、体重が第１範囲より大きい第２範囲であることを示す入力がなされた場合に所定比率ｒを、ｒ１より小さいｒ２としてよい。所定時間Δｔ及び所定比率ｒは、移動体１０の変位に対する利用者ごとの実際の変位を測定することによって設定されてよい。

コントローラ４２は、３次元表示装置４が変位する距離Ｌ_１（ｔ）を算出し、利用者の眼が変位する距離Ｌ_２（ｔ）を推定すると、３次元表示装置４に対する利用者の眼の相対位置が変位する距離ΔＬ（ｔ）を算出してよい。相対位置が変位する距離ΔＬ（ｔ）は、式（５）に示すように、距離Ｌ_１（ｔ）に対する距離Ｌ_２（ｔ）の差分である。
ΔＬ（ｔ）＝Ｌ_２（ｔ）－Ｌ_１（ｔ） （５）

（ｕ軸方向およびｖ軸方向の変位に対する制御）
図７を参照して、コントローラ４２による、虚像面Ｖの平行方向（ｕ軸方向およびｖ軸方向）の変位に対する制御について説明する。コントローラ４２は、利用者から見た虚像面Ｖの位置の変化が低減されるように、表示パネル４３に表示させる画像の位置を制御してよい。例えば、コントローラ４２は、虚像面Ｖの平行方向における、利用者の眼に対する虚像面Ｖの相対的な変位の反対方向に虚像の位置が変更されるように、表示パネル４３上の視差画像の位置を変更してよい。３次元表示装置４および利用者の眼それぞれがｖ軸方向にそれぞれ距離Ｌ_１ｖ（ｔ）および距離Ｌ_２ｖ（ｔ）変位するとし、ｖ軸方向の３次元表示装置４および利用者の眼の変位に応じた、画像のｖ軸方向の制御について説明する。ｕ軸方向については、説明を省略するが、ｖ軸方向についての制御と類似の方法で行うことができる。

上述のように、３次元表示装置４に対する反射器２および光学部材３の相対位置は固定されている。そのため、図７に示すように、３次元表示装置４が時刻ｔ_０における位置から時刻ｔにおける位置まで、ｖ軸方向に距離Ｌ_１ｖ（ｔ）変位している場合、反射器２および光学部材３は、ｖ軸方向にそれぞれ距離Ｌ_１ｖ（ｔ）変位している。図７では、時刻ｔ_０での、利用者の眼Ｅｙ、３次元表示装置４、反射器２、光学部材３、および虚像面Ｖは、それぞれ符号Ｅｙ（ｔ_０）、４（ｔ_０）、２（ｔ_０）、３（ｔ_０）、およびＶ（ｔ_０）で示されている。時刻ｔでの、利用者の眼Ｅｙ、３次元表示装置４、反射器２、光学部材３、および虚像面Ｖは、それぞれ符号Ｅｙ（ｔ）、４（ｔ）、２（ｔ）、３（ｔ）、およびＶ（ｔ）で示されている。

利用者の眼Ｅｙが、時刻ｔ_０における位置から時刻ｔにおける位置まで、距離Ｌ_２ｖ（ｔ）変位している場合、虚像面Ｖは、距離Ｌ_３ｖ（ｔ）変位する。距離Ｌ_３ｖ（ｔ）は、式（６）で示されるように、光学部材３と利用者との距離Ｚ、および虚像面Ｖ（第1虚像面Ｖ１）と利用者の眼との距離Ｄに基づいて算出される。距離Ｄは、図５を参照して説明した虚像面ギャップＶｇおよび適視距離Ｖｄを用いてＤ＝Ｖｇ＋Ｖｄとして表されうる。距離Ｚ及び距離Ｄは、光学部材３に対する眼の相対位置の変化によって変化するが、当該変化の量は、距離Ｚ及び距離Ｄに比べて微小であるため、ここでの距離Ｌ_３ｖ（ｔ）の算出にあたって、距離Ｚ及び距離Ｄは一定であると近似されている。

時刻ｔでの利用者に対する虚像面Ｖ（ｔ）の相対位置は、時刻ｔ_０での利用者に対する虚像面Ｖ（ｔ_０）の相対位置から、ｖ軸方向に距離Ｌ_３ｖ（ｔ）－Ｌ_２ｖ（ｔ）変位している。そこで、コントローラ４２は、利用者から見て虚像面Ｖが変位した方向と反対方向に距離Ｌ_３ｖ（ｔ）－Ｌ_２ｖ（ｔ）変位した位置に虚像面Ｖ上の虚像が表示されるように、表示パネル４３に表示させる画像の位置を変更する。図７では、時刻ｔ_０における、虚像面Ｖ内に含まれるオブジェクトの虚像ＯＢを、符号ＯＢ（ｔ_０）で示している。コントローラ４２によって画像の位置が変更されなかった場合の、時刻ｔにおける、虚像面Ｖ内に含まれるオブジェクトの虚像ＯＢを、符号ＯＢ（ｔ）で示している。コントローラ４２によって画像の位置が変更された場合の、時刻ｔにおける、虚像面Ｖ内に含まれるオブジェクトの虚像ＯＢを、符号ＯＢ（ｔ）’で示している。

これにより、移動体１０の振動によって、利用者の眼に対する３次元表示装置４の相対位置が変化したときの、眼に対する虚像の、虚像面の平行方向における相対位置の変化は低減されうる。したがって、利用者は、画像を正確に認識するために、虚像面に平行な方向に視点を大きく動かす必要はなく、快適に虚像を視認することができる。

（ｗ軸方向の変位に対する制御）
図８および図９を参照して、コントローラ４２による、虚像面Ｖの法線方向（ｗ軸方向）の変位に対する制御について説明する。コントローラ４２は、虚像面Ｖによって形成される立体像３ＤＩの、利用者から見た位置の変化が低減されるように、表示パネル４３に表示させる画像の位置を制御する。例えば、コントローラ４２は、虚像面Ｖの法線方向における、虚像面Ｖに対する眼の相対的な変位の方向と同じ方向に、虚像面Ｖによって形成される立体像３ＤＩの位置が変更されるように、視差画像の視差を変更する。以降の説明では、３次元表示装置４および利用者の眼それぞれがｗ軸方向にそれぞれ距離Ｌ_１ｗ（ｔ）および距離Ｌ_２ｗ（ｔ）変位するとし、ｗ軸方向の３次元表示装置４および眼の変位に応じた画像の制御について説明する。

上述のように、反射器２および光学部材３の３次元表示装置４に対する相対位置は固定されている。そのため、図８に示すように、３次元表示装置４が時刻ｔ_０における位置から時刻ｔにおける位置まで、ｗ軸方向に距離Ｌ_１ｗ（ｔ）変位している場合、反射器２、光学部材３、および虚像面Ｖは、それぞれ距離Ｌ_１ｗ（ｔ）変位している。虚像面Ｖの位置は、３次元表示装置４、反射器２、および光学部材３の位置によって決まり、３次元表示装置４、反射器２、および光学部材３がそれぞれｗ軸方向に距離Ｌ_１ｗ（ｔ）変位している場合、虚像面Ｖは、ｗ軸方向に距離Ｌ_１ｗ（ｔ）変位している。

図８では、時刻ｔ_０での、利用者の眼Ｅｙ、３次元表示装置４、反射器２、光学部材３、および虚像面Ｖは、それぞれ符号Ｅｙ（ｔ_０）、４（ｔ_０）、２（ｔ_０）、３（ｔ_０）、およびＶ（ｔ_０）で示されている。時刻ｔでの、利用者の眼Ｅｙ、３次元表示装置４、反射器２、光学部材３、および虚像面Ｖは、それぞれ符号Ｅｙ（ｔ）、４（ｔ）、２（ｔ）、３（ｔ）、およびＶ（ｔ）で示されている。

時刻ｔ_０から時刻ｔまでにおいて、利用者の眼Ｅｙが、距離Ｌ_２ｗ（ｔ）変位し、虚像面ＶがＬ_１ｗ（ｔ）変位している場合、虚像面Ｖに対する利用者の眼Ｅｙの相対位置は、Ｌ_２ｗ（ｔ）－Ｌ_１ｗ（ｔ）変位している。ここで、虚像面Ｖおよび光学部材３が静止している系を示す図９を参照して説明する。図９では、時刻ｔ_０における、虚像面Ｖ（ｔ_０）によって形成される立体像３ＤＩは、符号３ＤＩ（ｔ_０）で示されている。コントローラ４２によって画像の位置が変更されなかった場合の、時刻ｔにおける、虚像面Ｖ（ｔ）によって形成される立体像３ＤＩは、符号３ＤＩ（ｔ）で示されている。また、コントローラ４２によって画像の位置が変更された場合の、時刻ｔにおける、虚像面Ｖ（ｔ）によって形成される立体像３ＤＩは、符号３ＤＩ（ｔ）’で示されている。図９では、図８と同じく、時刻ｔ_０での利用者の眼Ｅｙは符号Ｅｙ（ｔ_０）で表され、時刻ｔでの利用者の眼Ｅｙは符号Ｅｙ（ｔ）で表されている。

図９に示しているような虚像面Ｖおよび光学部材３が静止している系において、利用者の眼は、距離Ｌ_２ｗ（ｔ）－Ｌ_１ｗ（ｔ）変位している。時刻ｔ_０と時刻ｔとにおいて、虚像面Ｖに表示されている、視差画像の虚像の視差が変更されない場合、利用者が、虚像面Ｖの法線方向（ｗ軸方向）に虚像面Ｖに対して相対的に変位すると、虚像面Ｖによって形成される立体像３ＤＩはＬ_４ｗ（ｔ）変位する。具体的には、利用者の眼が虚像面Ｖから離れる方向に変位すると、立体像３ＤＩは虚像面Ｖから離れる方向に変位する。利用者の眼が虚像面Ｖへ近付く方向に変位すると、立体像３ＤＩは虚像面Ｖへ近付く方向に変位する。

コントローラ４２は、利用者から見た立体像３ＤＩの変位方向と反対方向に、立体像３ＤＩ（ｔ）が距離Ｌ_２ｗ（ｔ）－Ｌ_１ｗ（ｔ）＋Ｌ_４ｗ（ｔ）変位した立体像３ＤＩ（ｔ）’を形成するように、表示パネル４３上の視差画像の視差を変更してよい。コントローラ４２は、公知の方法によって、利用者の眼と虚像面Ｖとの距離、及び利用者の眼と立体像３ＤＩとの距離に基づいて視差を算出してよい。コントローラ４２は、視差画像が当該視差を有するように表示パネル４３上における視差画像の位置を変更してよい。これにより、利用者の眼Ｅｙ（ｔ_０）に対する立体像３ＤＩ（ｔ_０）の相対位置からの、利用者の眼Ｅｙ（ｔ）に対する立体像３ＤＩ（ｔ）の相対位置の変化が低減されうる。したがって、利用者には、立体像３ＤＩのｗ軸方向への変位が低減して見える。

これにより、移動体１０の振動によって、利用者の眼に対する３次元表示装置４の相対的な位置が変化しても、眼に対する虚像の、虚像面の法線方向の相対的な位置の変化は低減されうる。したがって、利用者は、快適に虚像を視認することができる。

本実施形態に係るコントローラ４２として、コンピュータ等の情報処理装置が採用可能である。このような情報処理装置は、実施形態に係るコントローラ４２の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、情報処理装置のメモリに格納し、情報処理装置のプロセッサによって当該プログラムを読み出して実行させることで実現可能である。

以上説明したように、本実施形態では、コントローラ４２は、加速度に基づいて、表示パネル４３における画像の位置を制御する。そのため、コントローラ４２は、利用者に対する画像の相対位置の変化に応じて画像の位置を制御することができる。これにより、利用者に対する虚像面Ｖ及び立体像３ＤＩの相対位置の変化が低減されうる。したがって、利用者が、虚像面Ｖ及び立体像３ＤＩの相対位置の変化に合わせて視点を動かすことが低減され、利用者は快適に虚像を視認しうる。

本開示の一実施形態によれば、利用者が快適に虚像面を視認ことが可能となる。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本開示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、本開示は、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。

上述の実施形態では、光学素子がパララックスバリア４５であるとしたが、これに限られない。例えば、図１０に示すように、３次元表示装置４が備える光学素子は、パララックスバリア４５ではなく、レンチキュラレンズ４６としてよい。レンチキュラレンズ４６は、垂直方向に延びる複数のシリンドリカルレンズ４７を水平方向に配列して構成される。レンチキュラレンズ４６は、パララックスバリア４５と同様に、アクティブエリアＡに配列されたサブピクセルから射出された画像光の伝播方向を規定する。

本開示において、各要件は、実行可能な動作を実行する。故に、本開示において、各要件が行う動作は、当該要件が当該動作を実行可能に構成されていることを意味しうる。本開示において、各要件が動作を実行する場合、当該要件が当該動作を実行可能なように構成されている、と適宜言い換えうる。本開示において、各要件が実行可能な動作は、当該要件を備える又は有する要件が当該動作を実行可能である、と適宜言い換えうる。本開示において、１つの要件が他の要件に動作を実行させる場合、当該１つの要件は、当該他の要件に当該動作を実行させることができるように構成されていることを意味しうる。本開示において、１つの要件が他の要件に動作を実行させる場合、当該１つの要件は、当該他の要件に当該動作を実行させることができるように、当該他の要件を制御するように構成されている、と言い換えうる。本開示において、各要件が実行する動作のうち請求の範囲に記載されていない動作は、非必須の動作であると理解しうる。

１ 加速度センサ
２ 反射器
３ 光学部材
４ ３次元表示装置
１０ 移動体
４１ 通信部
４２ コントローラ
４３ 表示パネル
４４ 照射器
４５ パララックスバリア
ＶａＬ 左可視領域
ＶａＲ 右可視領域
１００ ヘッドアップディスプレイシステム
４５１ 透光領域
４５２ 減光領域
Ａ アクティブエリア
Ｌ 光路
Ｖ 虚像面
Ｖ１ 第１虚像面
Ｖ２ 第２虚像面
Ｐｇ サブピクセル群
Ｐ１～Ｐ１０ サブピクセル
ｓ バリア領域
ｓｇ バリア領域群

Claims (6)

1. 視差画像を表示するように構成される表示パネルと、前記表示パネルから射出される画像光の伝播方向を規定するように構成される光学素子と、コントローラとを含む３次元表示装置と、
   前記３次元表示装置からの画像光を利用者の眼に向けて反射させるように構成され、前記３次元表示装置に対して固定されている光学部材と、
   前記３次元表示装置の加速度を検出するように構成される加速度センサと、
   を備え、
   前記コントローラは、
   前記加速度に基づいて、前記表示パネル上の前記視差画像の位置を制御するように構成されており、
   前記加速度に基づいて前記３次元表示装置の変位を算出し、前記加速度に基づいて前記利用者の眼の変位を推定し、前記３次元表示装置の変位と前記利用者の眼の変位とに基づいて、前記表示パネル上の前記視差画像の位置を制御するように構成され、
   前記利用者の眼の変位を、前記３次元表示装置の変位に対して所定時間遅れた、前記３次元表示装置の変位の大きさの所定比率の大きさを有する変位であるものとして推定するように構成される、ヘッドアップディスプレイシステム。
2. 前記コントローラは、前記画像光により前記利用者が視認する虚像面の、前記利用者の眼に対する相対的な変位に基づいて、前記視差画像の位置を制御するように構成される、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
3. 前記コントローラは、前記虚像面の平行方向における、前記相対的な変位の反対方向に前記虚像面内の虚像の位置が変更されるように、前記表示パネル上の前記視差画像の位置を変更するよう制御するように構成される、請求項２に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
4. 前記コントローラは、前記虚像面の法線方向における、前記相対的な変位の方向と同じ方向に、前記虚像面によって形成される立体像の位置が変更されるように、前記視差画像の視差を変更するよう制御するように構成される、請求項２に記載のヘッドアップディスプレイシステム。
5. 視差画像を表示するように構成される表示パネルと、前記表示パネルから射出される画像光の伝播方向を規定するように構成される光学素子と、コントローラとを有する３次元表示装置と、
   前記３次元表示装置からの画像光を利用者の眼に向けて反射させるように構成され、前記３次元表示装置に対して固定されている光学部材と、
   前記３次元表示装置の加速度を検出するように構成される加速度センサと、を含み、
   前記コントローラは、
   前記加速度に基づいて、前記表示パネルにおける前記視差画像の位置を制御するように構成されており、
   前記加速度に基づいて前記３次元表示装置の変位を算出し、前記加速度に基づいて前記利用者の眼の変位を推定し、前記３次元表示装置の変位と前記利用者の眼の変位とに基づいて、前記表示パネル上の前記視差画像の位置を制御するように構成され、
   前記利用者の眼の変位を、前記３次元表示装置の変位に対して所定時間遅れた、前記３次元表示装置の変位の大きさの所定比率の大きさを有する変位であるものとして推定するように構成される、ヘッドアップディスプレイシステムを備える移動体。
6. 前記コントローラは、前記画像光により前記利用者が視認する虚像面の、前記利用者の眼に対する相対的な変位に基づいて、前記視差画像の位置を制御するように構成される、請求項５に記載の移動体。