WO2019151319A1 - ヘッドアップディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ用表示装置及び移動体 - Google Patents

Abstract

ヘッドアップディスプレイは、第１パネルと、第２パネルと、光学系とを備える。第１パネルは、利用者の両眼に視差を与える視差方向に沿って第１ピッチで並ぶ複数の第１サブピクセルを有する。第２パネルは、視差方向に沿って第２ピッチで並ぶ複数の第２サブピクセルを有する。第２パネルは、第１パネルに沿って位置する。第２パネルは、第１パネルの表示画像に基づいて、利用者の両眼に視差を与える視差画像を生成する。光学系は、視差画像を拡大して利用者の両眼に結像させる。第１ピッチと第２ピッチとは、互いに等しい。

Description

ヘッドアップディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ用表示装置及び移動体 関連出願へのクロスリファレンス

　本出願は、日本国特許出願２０１８－１６４０５号（２０１８年２月１日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

　本開示は、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ用表示装置及び移動体に関する。

　従来、画像光の方向を規定するバリアを備えることによって、利用者の両眼に対して視差画像を投影し、立体視を提供する表示装置が知られている（例えば、特許文献１等）。

特開平７－２８７１９６号公報

　本開示の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイは、第１パネルと、第２パネルと、光学系とを備える。前記第１パネルは、利用者の両眼に視差を与える視差方向に沿って第１ピッチで並ぶ複数の第１サブピクセルを有する。前記第２パネルは、前記視差方向に沿って第２ピッチで並ぶ複数の第２サブピクセルを有する。前記第２パネルは、前記第１パネルに沿って位置する。前記第２パネルは、前記第１パネルの表示画像に基づいて、前記利用者の両眼に視差を与える視差画像を生成する。前記光学系は、前記視差画像を拡大して前記利用者の両眼に結像させる。前記第１ピッチと前記第２ピッチとは、互いに等しい。

　本開示の一実施形態に係る移動体は、第１パネルと、第２パネルと、光学系とを備えるヘッドアップディスプレイを搭載する。前記第１パネルは、利用者の両眼に視差を与える視差方向に沿って第１ピッチで並ぶ複数の第１サブピクセルを有する。前記第２パネルは、前記視差方向に沿って第２ピッチで並ぶ複数の第２サブピクセルを有する。前記第２パネルは、前記第１パネルに沿って位置する。前記第２パネルは、前記第１パネルの表示画像に基づいて、前記利用者の両眼に視差を与える視差画像を生成する。前記光学系は、前記視差画像を拡大して前記利用者の両眼に結像させる。前記第１ピッチと前記第２ピッチとは、互いに等しい。

　本開示の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ用表示装置は、第１パネルと、第２パネルとを有する。前記第１パネルは、第１方向に沿って第１ピッチで並ぶ複数の第１サブピクセルを有する。前記第２パネルは、前記第１方向に沿って第２ピッチで並ぶ複数の第２サブピクセルを有する。前記第２パネルは、前記第１パネルに沿って位置する。前記第２パネルは、前記第１パネルの表示画像に基づいて、前記第１方向に沿って並ぶ利用者の両眼に視差を与える視差画像を生成する。前記第１ピッチと前記第２ピッチとは、互いに等しい。

一実施形態に係るヘッドアップディスプレイの構成例を示す図である。 表示装置の画素の構成例を示す図である。 バリアの構成例を示す図である。 利用者の両眼に光学系を介さずに視差画像を投影する場合の表示装置及びバリアの見え方を示す図である。 利用者が光学系を介してバリア及び表示装置を見る場合における、バリア及び表示装置それぞれの虚像の見え方の例を示す図である。 光学系を介して利用者の両眼に視差画像を投影する場合の虚像の見え方を示す図である。 バリアのサブピクセルの配列の一例を示す図である。 サブピクセルの構成例を示す図である。

　利用者に対して立体視を提供する表示装置は、例えば液晶パネル等によって実現されるアクティブバリアとして、バリアを備えてよい。この場合、バリアとして機能する液晶パネルの画素の周囲に設けられているブラックマトリックスが、バリアにおける光の透過率を低くしうる。バリアにおける光の透過率が高められることが求められる。

　図１に示されるように、一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１は、表示装置１０と、バリア２０と、光学系３０とを備える。ヘッドアップディスプレイ１は、ＨＵＤ（Head Up Display）ともいう。ヘッドアップディスプレイ１は、表示装置１０に画像を表示させ、バリア２０に画像光の一部を遮光させることによって、利用者の左眼５Ｌと利用者の右眼５Ｒとにそれぞれ異なる画像を投影しうる。つまり、ヘッドアップディスプレイ１は、利用者の両眼に対して視差画像を投影しうる。視差画像は、利用者の左眼５Ｌ及び右眼５Ｒそれぞれに投影される画像を含む画像であるともいえる。利用者は、左眼５Ｌと右眼５Ｒとで視差画像を見ることによって、画像を立体視できる。表示装置１０およびバリア２０は、２つが合わさって１つのＨＵＤ用表示装置１００を構成しうる。

　表示装置１０は、利用者の左眼５Ｌに投影する左眼画像を表示し、利用者の右眼５Ｒに投影する右眼画像を表示する。表示装置１０は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の液晶デバイスであってよい。表示装置１０は、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）又は無機ＥＬ等の自発光デバイスであってよい。

　バリア２０は、利用者の左眼５Ｌ及び右眼５Ｒと、表示装置１０との間に位置する。バリア２０は、表示装置１０に沿って位置する。バリア２０は、表示装置１０に表示されている右眼画像が利用者の右眼５Ｒに投影されつつ、利用者の左眼５Ｌに投影されないようにする。バリア２０は、表示装置１０に表示されている左眼画像が利用者の左眼５Ｌに投影されつつ、利用者の右眼５Ｒに投影されないようにする。

　光学系３０は、表示装置１０及びバリア２０から射出され、利用者の左眼５Ｌ及び右眼５Ｒに到達する画像光の光路３２に位置する。光学系３０は、視差画像に係る画像光を結像させ、利用者の両眼に視差画像を投影する。つまり、光学系３０は、視差画像を利用者の両眼に結像させる。光学系３０は、視差画像を拡大したり縮小したりして、利用者の両眼に結像させてよい。光学系３０は、光学部材３０ａと、光学部材３０ｂと、光学部材３０ｃとを含む。光学系３０を構成する光学部材の数は、３つに限られず、２つ以下であってもよいし、４つ以上であってもよい。光学部材は、凸面又は凹面ミラーを含む反射部材を含んでよい。光学部材は、凸レンズ又は凹レンズを含む屈折部材を含んでよい。凸レンズは、両凸レンズ、平凸レンズ、凸メニスカスレンズを含む。凹レンズは、両凹レンズ、平凹レンズ、凹メニスカスレンズを含む。光学部材は、反射部材又は屈折部材に限られず、他の種々の光学部材を含んでよい。

　利用者から見て最も近くに位置する光学部材３０ｃから奥側にまっすぐ延びる二点鎖線の先に、表示装置１０の虚像１０Ｑと、バリア２０の虚像２０Ｑとが位置する。虚像１０Ｑ及び虚像２０Ｑは、視差画像として、利用者の両眼に結像される。つまり、利用者は、虚像１０Ｑ及び虚像２０Ｑを視差画像として視認しうる。このようにすることによって、利用者に立体視が提供されうる。

　図２に示されるように、表示装置１０は、複数のサブピクセル１１を有する。サブピクセル１１は、格子状に配列されてよい。本実施形態において、サブピクセル１１の配列を表す格子軸は、Ｘ軸及びＹ軸であるものと仮定する。サブピクセル１１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向それぞれに、所定のピッチで並んでよい。Ｘ軸方向のピッチ、及び、Ｙ軸方向のピッチは、それぞれＨｐ及びＶｐと表される。以下、Ｖｐは、Ｈｐよりも大きいものと仮定する。

　利用者の両眼に視差を与える方向は、視差方向ともいう。視差方向は、利用者の左眼５Ｌ及び右眼５Ｒが並ぶ方向に対応する。本実施形態において、Ｘ軸方向が視差方向に対応すると仮定する。Ｘ軸方向は、水平方向又は第１方向ともいう。Ｙ軸方向は、垂直方向又は第２方向ともいう。

　サブピクセル１１は、ピクセル１２を構成してよい。ピクセル１２は、破線で囲まれる３個のサブピクセル１１を含んでよい。ピクセル１２は、例えば、ＲＧＢの各色を表示するサブピクセル１１を含んでよい。ピクセル１２に含まれているサブピクセル１１の数は、３個に限られず、２個であってよいし、４個以上であってよい。表示装置１０がＬＣＤ又は有機ＥＬ若しくは無機ＥＬである場合、各画素は、サブピクセル１１又はピクセル１２に対応してよい。本実施形態において、ピクセル１２は、水平方向に並ぶサブピクセル１１を含むと仮定する。言い換えれば、本実施形態において、水平方向は、ピクセル１２を構成する複数のサブピクセル１１が並ぶ方向である。

　本実施形態において、ピクセル１２を構成するサブピクセル１１が利用者から見て横に並ぶものと仮定する。この場合、Ｘ軸方向及びＹ軸方向はそれぞれ、横及び縦に対応する。利用者から見たサブピクセル１１の縦及び横の長さの比は、サブピクセル１１の縦横比ともいう。この場合、縦横比は、Ｖｐ／Ｈｐである。以下、Ｖｐ／Ｈｐは、ｘとして表される。この場合、ｘは、１より大きい。

　サブピクセル１１の配列は、太線の階段形状で示される表示境界１５によって分けられうる。表示装置１０は、表示境界１５の位置及び形状を決定してよい。表示境界１５は、図２に示される形状に限られず、他の形状であってよい。サブピクセル１１の配列は、表示境界１５によって、第１領域１１Ｌと第２領域１１Ｒとに分けられる。表示装置１０は、第１領域１１Ｌに左眼画像を表示させ、第２領域１１Ｒに右眼画像を表示させてよい。表示境界１５は、第１領域１１Ｌの範囲を示す第１表示境界と、第２領域１１Ｒの範囲を示す第２表示境界とを含んでよい。このようにすることで、第１領域１１Ｌ及び第２領域１１Ｒのいずれにも含まれないサブピクセル１１が表されうる。

　図３に示されるように、バリア２０は、透光領域２１と遮光領域２２とを含む。透光領域２１は、バリア２０に入射する光を透過させる。透光領域２１は、第１所定値以上の透過率で光を透過させてよい。第１所定値は、例えば１００％であってよいし、１００％に近い値であってよい。遮光領域２２は、バリア２０に入射する光を遮る。遮光領域２２は、第２所定値以下の透過率で光を透過させてよい。第２所定値は、例えば０％であってよいし、０％に近い値であってよい。

　透光領域２１と遮光領域２２とは、Ｘ軸方向に交互に並ぶ。透光領域２１と遮光領域２２との境界は、Ｙ軸方向に対して、θで表される所定角度で傾斜する方向に沿う。透光領域２１の端部を示す線は、透光領域２１の端線ともいう。所定角度θは、バリア傾斜角ともいう。θは、０度より大きく９０度より小さい角度であってよい。

　バリア２０は、液晶シャッターで構成されてよい。液晶シャッターは、印加する電圧に基づいて光の透過率を制御しうる。液晶シャッターは、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。液晶シャッターは、光の透過率が高い領域又は光の透過率が低い領域を任意の形状に形成しうる。バリア２０が液晶シャッターで構成される場合、透光領域２１は、第１所定値以上の透過率を有してよい。バリア２０が液晶シャッターで構成される場合、遮光領域２２は、第２所定値以下の透過率を有してよい。

　透光領域２１は、表示装置１０に表示されている左眼画像が利用者の左眼５Ｌに投影されるように左眼画像を透過させ、右眼画像が利用者の右眼５Ｒに投影するように右眼画像を透過させる。遮光領域２２は、表示装置１０に表示されている左眼画像が利用者の右眼５Ｒに投影されないように左眼画像を遮光し、右眼画像が利用者の左眼５Ｌに投影されないように右眼画像を遮光する。つまり、バリア２０は、表示装置１０に表示されている右眼画像が利用者の右眼５Ｒに投影されつつ、利用者の左眼５Ｌに投影されないようにする。バリア２０は、表示装置１０に表示されている左眼画像が利用者の左眼５Ｌに投影されつつ、利用者の右眼５Ｒに投影されないようにする。バリア２０は、表示装置１０から所定距離をおいて位置してよい。

　利用者の両眼に光学系３０を介して視差画像が投影される場合と、利用者の両眼に光学系３０を介さずに視差画像が投影される場合とそれぞれにおいて、バリア２０の構成が異なりうる。以下、図４を参照して、利用者の両眼に光学系３０を介さずに視差画像が投影される場合における表示装置１０及びバリア２０の見え方が説明される。

　利用者の左眼５Ｌと右眼５Ｒとは、バリア２０から、Ｐで表される距離だけ離れて位置するものと仮定する。透光領域２１と遮光領域２２とがＸ軸方向に交互に並ぶピッチは、バリアピッチともいい、ｊとして表されている。左眼５Ｌと右眼５Ｒとの間の距離は、眼間距離ともいい、Ｅとして表されている。バリア２０から表示装置１０までの距離は、ギャップともいい、ｇとして表されている。利用者の左眼５Ｌ及び右眼５Ｒから表示装置１０までの距離は、ａとして表されている。

　表示装置１０は、透光領域２１を介して利用者の左眼５Ｌから視認可能な左眼可視領域１３Ｌと、遮光領域２２によって利用者の左眼５Ｌから視認できなくなっている左眼遮光領域１４Ｌとを有する。左眼可視領域１３Ｌと左眼遮光領域１４Ｌとは、Ｘ軸方向に交互に並んでいる。左眼可視領域１３Ｌと左眼遮光領域１４Ｌとの境界の位置は、透光領域２１の端線の位置と、バリア２０から利用者の両眼までの距離（Ｐ）と、ギャップ（ｇ）とによって決定される。

　表示装置１０は、透光領域２１を介して利用者の右眼５Ｒから視認可能な右眼可視領域１３Ｒと、遮光領域２２によって利用者の右眼５Ｒから視認できなくなっている右眼遮光領域１４Ｒとを有する。右眼可視領域１３Ｒと右眼遮光領域１４Ｒとは、Ｘ軸方向に交互に並んでいる。右眼可視領域１３Ｒと右眼遮光領域１４Ｒとの境界の位置は、透光領域２１の端線の位置と、バリア２０から利用者の両眼までの距離（Ｐ）と、ギャップ（ｇ）とによって決定される。

　表示装置１０は、第１領域１１Ｌ（図２参照）に位置するサブピクセル１１に左眼画像を表示させることによって、左眼可視領域１３Ｌを形成してよい。表示装置１０は、第２領域１１Ｒ（図２参照）に位置するサブピクセル１１に右眼画像を表示させることによって、右眼可視領域１３Ｒを形成してよい。第１領域１１Ｌ及び第２領域１１Ｒそれぞれが左眼可視領域１３Ｌ及び右眼可視領域１３Ｒに対応する場合、表示境界１５は、左眼可視領域１３Ｌ及び右眼可視領域１３Ｒの境界を表している。つまり、表示装置１０は、透光領域２１の端線の位置と、バリア２０から利用者の両眼までの距離（Ｐ）と、ギャップ（ｇ）とに基づいて、表示境界１５の位置を決定してよい。

　左眼可視領域１３Ｌと右眼可視領域１３ＲとがＸ軸方向に沿って少なくとも一部で重複する場合、左眼画像の一部が右眼５Ｒに投影されたり、右眼画像の一部が左眼５Ｌに投影されたりする、クロストークが発生しうる。クロストークは、利用者に対して投影される視差画像の画質を悪化させる。

　左眼可視領域１３Ｌと右眼可視領域１３Ｒとが互いに重複せずにＸ軸方向に交互に並ぶ場合、左眼５Ｌが左眼画像だけを視認しうるとともに、右眼５Ｒが右眼画像だけを視認しうる。この場合、クロストークが低減されうる。左眼５Ｌ及び右眼５Ｒがそれぞれ左眼画像及び右眼画像だけを視認する場合における、バリア２０から利用者の両眼までの距離（Ｐ）は、適視距離であるといえる。適視距離は、ＯＶＤ（Optimal Viewing Distance）ともいう。

　左眼可視領域１３Ｌ及び右眼可視領域１３Ｒそれぞれは、片眼ドット群ともいう。片眼ドット群がＸ軸方向に並ぶピッチは、片眼ドット群ピッチともいい、Ｒとして表されている。左眼可視領域１３Ｌ及び右眼可視領域１３Ｒをあわせた構成は、左右ドット群ともいう。左右ドット群がＸ軸方向に並ぶピッチは、左右ドット群ピッチともいう。Ｐが適視距離である場合、左右ドット群ピッチは、片眼ドット群ピッチの２倍であり、２Ｒとして表されている。

　図４に示される構成例は、Ｐが適視距離であり、片眼ドット群が互いに重複せずにＸ軸方向に並ぶものと仮定している。この場合、利用者の両眼と、バリア２０と、表示装置１０との間の幾何学的な位置関係に基づいて、以下の式（１）及び式（２）に示される関係が成り立つ。幾何学的な位置関係は、相似の関係を含む。

　式（１）及び式（２）に基づいて、Ｒが消去されうる。つまり、適視距離となるＰは、バリアピッチ（ｊ）とギャップ（ｇ）と眼間距離（Ｅ）とに基づいて決定されうる。

　利用者は、光学系３０を介して表示装置１０及びバリア２０を視認する場合、表示装置１０及びバリア２０それぞれの虚像を視認しうる。以下、図５に示される構成例を参照して、利用者からの表示装置１０の虚像１０Ｑ及びバリア２０の虚像２０Ｑの見え方が説明される。

　表示装置１０と、バリア２０と、光学系３０とは、Ｚ軸に沿って並んでいる。光学系３０は、レンズ又はミラー等の光学部材を１つだけ含むか、複数含むかにかかわらず、面であるものとみなされる。光学系３０は、点Ｏを通りＺ軸に直交する面の中に位置するものと仮定する。光学系３０の中心は、点Ｏであるものと仮定する。光学系３０の光軸は、Ｚ軸に沿うものと仮定する。光学系３０は、Ｘ軸上の線分として表されている。光学系３０を表す線分は、便宜上Ｚ軸から左の方にだけ延びているが、右の方にも延びてよい。光学系３０は、Ｚ軸周りに対称であってよい。光学系３０の焦点は、点ＯからＺ軸の負の方向にｆだけ離れて位置する点Ｆと、点ＯからＺ軸の正の方向にｆだけ離れて位置する点Ｆ’とに位置するものとする。ｆは、光学系３０の焦点距離を表している。点Ｆから放射状に光学系３０に進む光は、光学系３０を通過する際に屈折し、光学系３０よりもＺ軸の正の方向に位置する領域において、Ｚ軸に平行な方向に進むものと仮定する。つまり、光学系３０は、点Ｆから放射状に広がる光を平行光線にする。

　表示装置１０は、Ｚ軸に直交する面とみなされる光学系３０からＺ軸の負の方向にａだけ離れた、Ｚ軸に直交する面に沿って位置するものと仮定する。表示装置１０は、左右ドット群ピッチ（２Ｒ）に対応する長さを有する線分で表されている。

　バリア２０は、表示装置１０が位置する面からＺ軸の正の方向にｇだけ離れた、Ｚ軸に直交する面に沿って位置するものと仮定する。バリア２０は、バリアピッチ（ｊ）に対応する長さを有する線分で表されている。

　点Ｆと、表示装置１０を表す線分の両端それぞれとを結ぶ直線は、点Ｏ及び点Ｓにおいて光学系３０を表す線分と交わる。つまり、表示装置１０の左右ドット群ピッチに対応する線分は、光学系３０を介してＺ軸の正の方向の側から見たとき、線分ＯＳに拡大する。

　点Ｏと表示装置１０を表す線分のＺ軸上の端点とは逆の端点とを結ぶ直線は、点Ｓを通りＺ軸に平行な直線と、点Ｓ’において交わる。点Ｓ’からＺ軸に下ろされた垂線は、Ｚ軸と点Ｓ”において交わる。線分Ｓ’Ｓ”は、表示装置１０の虚像１０Ｑを表している。点Ｏと点Ｓ”との間の距離は、ｈとして表されている。つまり、利用者が光学系３０を介して表示装置１０を見たとき、虚像１０Ｑは、点ＯからＺ軸の負の方向にｈだけ離れて位置している。線分Ｓ’Ｓ”の長さは、線分ＯＳの長さと等しく、虚像１０Ｑにおける左右ドット群ピッチに対応している。虚像１０Ｑにおける左右ドット群ピッチは、２Ｑとして表されている。虚像１０Ｑにおける左右ドット群ピッチは、表示装置１０における左右ドット群ピッチに対して拡大している。

　点Ｆと、バリア２０を表す線分の両端それぞれとを結ぶ直線は、点Ｏおよび点Ｔにおいて光学系３０を表す線分と交わる。つまり、バリアピッチに対応する線分は、光学系３０を介してＺ軸の正の方向の側から見たとき、線分ＯＴに拡大する。

　点Ｏとバリア２０を表す線分のＺ軸上の端点とは逆の端点とを結ぶ直線は、点Ｔを通りＺ軸に平行な直線と、点Ｔ’において交わる。点Ｔ’からＺ軸に下ろされた垂線は、Ｚ軸と点Ｔ”において交わる。線分Ｔ’Ｔ”は、バリア２０の虚像２０Ｑを表している。点Ｏと点Ｔ”との間の距離は、ｂとして表されている。つまり、利用者が光学系３０を介してバリア２０を見たとき、虚像２０Ｑは、点ＯからＺ軸の負の方向にｂだけ離れて位置している。線分Ｔ’Ｔ”の長さは、線分ＯＴの長さと等しく、虚像２０Ｑにおけるバリアピッチに対応している。虚像２０Ｑにおけるバリアピッチは、ｋとして表されている。虚像２０Ｑにおけるバリアピッチは、バリア２０におけるバリアピッチに対して拡大している。

　表示装置１０の虚像１０Ｑ及びバリア２０の虚像２０Ｑは、利用者の両眼に視差画像として結像される。以下、図６に示される構成例を参照して、利用者に光学系３０を介して視差画像が投影される場合における、虚像１０Ｑ及び虚像２０Ｑの見え方が説明される。

　光学系３０と、利用者の左眼５Ｌ及び右眼５Ｒとの間の距離は、Ｐとして表されている。利用者は、光学系３０を介して、表示装置１０の虚像１０Ｑと、バリア２０の虚像２０Ｑとを視認する。虚像２０Ｑにおけるバリアピッチは、ｋとして表されている。虚像１０Ｑにおける片眼ドット群ピッチ及び左右ドット群ピッチはそれぞれ、Ｑ及び２Ｑとして表されている。虚像１０Ｑと虚像２０Ｑとの間の距離は、ｍとして表されている。光学系３０と、虚像１０Ｑとの間の距離は、ｈとして表されている。光学系３０と、虚像２０Ｑとの間の距離は、ｂとして表されている。

　図６に示される構成例は、表示装置１０の虚像１０Ｑにおける片眼ドット群が互いに重複せずにＸ軸方向に並ぶものと仮定している。この場合、利用者の両眼と、虚像２０Ｑと、虚像１０Ｑとの間の幾何学的な位置関係に基づいて、以下の式（３）及び式（４）に示される関係が成り立つ。幾何学的な位置関係は、相似の関係を含む。

　図５において、バリア２０を表す線分の両端と点Ｆとを頂点とする三角形と、点Ｏと点Ｔと点Ｆとを頂点とする三角形とは、互いに相似の関係にある。バリア２０におけるバリアピッチ（ｊ）と、虚像２０Ｑにおけるバリアピッチ（ｋ）との関係は、相似の関係に基づいて、以下の式（５）で表される。

　図５において、表示装置１０を表す線分の両端と点Ｆとを頂点とする三角形と、点Ｏと点Ｓと点Ｆとを頂点とする三角形とは、互いに相似の関係にある。表示装置１０における左右ドット群ピッチ（２Ｒ）と、虚像１０Ｑにおける左右ドット群ピッチ（２Ｑ）との関係は、相似の関係に基づいて、以下の式（６）で表される。

　バリアピッチ（ｊ）は、式（４）、式（５）及び式（６）に基づいて、以下の式（７）で表される。

　利用者の両眼からバリア２０の虚像２０Ｑまでの距離（Ｐ＋ｂ）は、式（３）及び式（６）に基づいて、以下の式（８）で表される。

　虚像２０Ｑと虚像１０Ｑとの間の距離（ｍ）は、図５に基づいて、以下の式（９）で表される。

　以下の式（１０）及び式（１１）に示されるように、表示装置１０に対する虚像１０Ｑの倍率、及び、バリア２０に対する虚像２０Ｑの倍率がそれぞれ、Ａ及びＢとして定義される。

　バリアピッチ（ｊ）は、式（７）～式（１１）に基づいて、以下の式（１２）で表される。

　バリアピッチ（ｊ）と左右ドット群ピッチ（２Ｒ）との関係を表す式（１２）は、虚像１０Ｑにおける片眼ドット群が互いに重複せずにＸ軸方向に並ぶための条件である。式（１２）が成り立つ場合、利用者の両眼に結像される虚像１０Ｑ及び虚像２０Ｑに基づく視差画像におけるクロストークが低減されうる。

　式（１２）が成り立つ場合において、バリアピッチ（ｊ）と左右ドット群ピッチ（２Ｒ）とが等しくされるための条件は、以下の式（１３）で表される。

　式（１３）は、Ａ及びＢの定義に基づいて、式（１４）及び式（１５）に変形される。

　バリアピッチ（ｊ）と左右ドット群ピッチ（２Ｒ）とは、式（１４）又は式（１５）が成り立つ場合に、等しくされうる。つまり、片眼ドット群が互いに重複せずにＸ軸方向に並ぶための条件が満たされている場合において、さらに式（１４）又は式（１５）が成り立つ場合、ｊ＝２Ｒが成り立つ。

　視差画像が光学系３０を介さずに利用者の両眼に投影される場合（図４参照）において、片眼ドット群が互いに重複せずにＸ軸方向に並ぶための条件は、式（２）で表される条件を含む。式（２）でｇ＞０であることに基づけば、ｊ≠２Ｒであることが、片眼ドット群が互いに重複せずにＸ軸方向に並ぶための必要条件となる。一方で、視差画像が光学系３０を介して拡大されて利用者の両眼に投影され、且つ、式（１４）又は式（１５）が成り立つ場合、ｊ≠２Ｒであることは、片眼ドット群が互いに重複せずにＸ軸方向に並ぶための必要条件ではない。言い換えれば、視差画像が光学系３０を介して利用者の両眼に投影されることによってはじめて、ｊ＝２Ｒであっても、片眼ドット群が互いに重複せずにＸ軸方向に並びうる。

　光学系３０が視差画像を拡大して利用者に投影する場合、虚像１０Ｑ及び虚像２０Ｑは、表示装置１０及びバリア２０を拡大したものに対応する。言い換えれば、光学系３０は、バリアピッチ（ｊ）と左右ドット群ピッチ（２Ｒ）とをそれぞれ異なる倍率で拡大し、虚像１０Ｑにおける左右ドット群ピッチ（２Ｑ）と虚像２０Ｑにおけるバリアピッチ（ｋ）とを異ならせているといえる。

　バリア２０は、液晶パネルであってよい。図７に示されるように、バリア２０は、サブピクセル２３を有してよい。サブピクセル２３は、格子状に配列されてよい。サブピクセル２３の配列を表す格子軸は、Ｘ軸及びＹ軸であるものと仮定する。サブピクセル２３は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向それぞれに、所定のピッチで並んでよい。バリア２０は、透光領域２１に対応するサブピクセル２３と、遮光領域２２に対応するサブピクセル２３とを有してよい。透光領域２１に対応するサブピクセル２３は、液晶シャッターが開いた状態に制御されている。遮光領域２２に対応するサブピクセル２３は、液晶シャッターが閉じた状態に制御されている。透光領域２１に対応するサブピクセル２３が並ぶ領域と、遮光領域２２に対応するサブピクセル２３が並ぶ領域とは、制御境界２５によって分けられていてよい。バリア２０は、微小領域ごとに透光状態と遮光状態との間で遷移しうるシャッターパネルを含む。当該シャッターパネルは、液晶パネルの他に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）シャッターを採用したＭＥＭＳパネルを含む。当該シャッターパネルは、第２パネルともいう。

　図８に示されるように、サブピクセル２３は、シャッター部２３Ａと、ブラックマトリックス２３Ｂとを有してよい。シャッター部２３Ａは、開いた状態に制御されている場合に光を透過させ、閉じた状態に制御されている場合に光を遮る。シャッター部２３Ａが開いた状態である場合において、サブピクセル２３は、第１所定値以上の透過率を有してよい。シャッター部２３Ａが閉じた状態である場合において、サブピクセル２３は、第２所定値以下の透過率を有してよい。

　ブラックマトリックス２３Ｂは、各サブピクセル２３を分けるためにサブピクセル２３の周縁に設けられている。ブラックマトリックス２３Ｂは、シャッター部２３Ａの状態にかかわらず、光を遮る。サブピクセル２３の横の長さ及び縦の長さはそれぞれ、Ｈ１及びＶ１と表されている。ブラックマトリックス２３Ｂは、Ｗで表される幅を有する。シャッター部２３Ａの横の長さ及び縦の長さはそれぞれ、（Ｈ１－Ｗ×２）及び（Ｖ１－Ｗ×２）と表される。サブピクセル２３の大きさが変更される場合であっても、ブラックマトリックス２３Ｂの幅（Ｗ）は、変更されなくてよい。Ｈ１又はＶ１が大きくされ、且つ、Ｗが変更されない場合、サブピクセル２３全体の面積に対してブラックマトリックス２３Ｂが占める面積の割合が高くなる。Ｈ１又はＶ１が大きくされることによって、シャッター部２３Ａが開いた状態に制御されている場合におけるサブピクセル２３の光の透過率が増大する。

　表示装置１０は、液晶パネルであってよい。表示装置１０としての液晶パネルは、第１パネルともいう。第１パネルが有するサブピクセル１１は、第１サブピクセルともいう。第１サブピクセルは、視差方向に沿って第１ピッチで並ぶ。表示装置１０は、微小領域ごとに透光状態と遮光状態との間で遷移しうるシャッター式表示パネルを含む。当該シャッター式表示パネルは、液晶パネルの他に、ＭＥＭＳシャッターを採用したＭＥＭＳ表示パネルを含む。当該シャッター式表示パネルは、第１パネルともいう。

　バリア２０としての液晶パネルは、第２パネルともいう。第２パネルのサブピクセル２３は、第２サブピクセルともいう。第２サブピクセルは、視差方向に第２ピッチで並ぶ。第２サブピクセルは、シャッター部２３Ａが開いた状態に制御されることによって透光領域２１を形成しうる。第２サブピクセルは、シャッター部２３Ａが閉じた状態に制御されることによって遮光領域２２を形成しうる。

　第２サブピクセルが透光領域２１を形成する場合、第２サブピクセルが大きいほど、第２サブピクセル全体の面積の中でブラックマトリックス２３Ｂが占める面積の割合が低くなる。結果として、第２サブピクセルが大きいほど、第２サブピクセルによって形成される透光領域２１における光の透過率が大きくなりうる。

　一実施例において、第１パネルは、左眼画像と右眼画像とを含む表示画像を表示する。第２パネルは、透光領域２１と遮光領域２２とによって、利用者の左眼５Ｌ及び右眼５Ｒそれぞれに左眼画像及び右眼画像が投影されるようにする。つまり、第２パネルは、第１パネルの表示画像に基づいて、利用者の両眼に視差を与える視差画像を生成する。光学系３０は、視差画像を拡大して利用者の両眼に結像させる。

　本実施形態において、バリアピッチ（ｊ）と左右ドットピッチ（２Ｒ）とが等しくされることによって、第２サブピクセルが大きくされうる。結果として、第２パネルの光の透過率が高められうる。

　図４に例示されるように、利用者の両眼に、視差画像を拡大する光学系３０を介さずに、視差画像が投影される場合が比較例として仮定される。比較例において、Ｐが適視距離である場合、上述の式（２）に表される関係が成り立つ。式（２）に基づけば、Ｐ及びｇが正数であることによって、ｊ＜２Ｒの関係が成り立つ。つまり、利用者の両眼に光学系３０を介さずに視差画像が投影される場合において、バリアピッチが左右ドット群ピッチより小さいことが、片眼ドット群が互いに重複せずにＸ軸方向に並ぶための必要条件となる。

　一方で、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１において、式（１４）又は式（１５）で表される関係が成り立つ場合、ｊ＝２Ｒの関係が成り立つ。つまり、利用者の両眼に光学系３０を介さずに視差画像が投影される場合において、バリアピッチが左右ドット群ピッチと等しいことが、片眼ドット群が互いに重複せずにＸ軸方向に並ぶための必要条件となる。

　左右ドット群は、第１サブピクセルの集合によって形成される。この場合、左右ドット群ピッチは、第１ピッチの自然数倍である。バリア２０の透光領域２１及び遮光領域２２は、第２サブピクセルの集合によって形成される。この場合、バリアピッチは、第２ピッチの自然数倍である。

　比較例において、バリアピッチは、左右ドット群ピッチより小さい。左右ドット群ピッチ及びバリアピッチがそれぞれ第１ピッチ及び第２ピッチの自然数倍であることに基づけば、通常、第２ピッチは、第１ピッチより小さくされる。つまり、第２サブピクセルは、第１サブピクセルよりも小さくされる。この場合、互いに異なるピッチを有する第１パネルと第２パネルとは、異なる画素構成を有するといえる。

　一方で、本実施形態において、バリアピッチが左右ドット群ピッチと等しい場合、第２サブピクセルの大きさは、第１サブピクセルの大きさと等しい。この場合、第１パネルと第２パネルとは、互いに共通の画素構成を有する。第１パネルは、表示画像においてＲＧＢ（Red Green Blue）の各色を表現するためのカラーフィルタを有してよい。一方で、第２パネルは、カラーフィルタを有しなくてよい。第２パネルがカラーフィルタを有しないことによって、第２パネルの光の透過率が高められうる。第１パネルと第２パネルとが互いに共通の画素構成を有する場合、カラーフィルタ以外の部材は、第１パネルと第２パネルとにおいて、共通して用いられうる。つまり、第１パネルと第２パネルとが共通の画素構成を有することによって、比較例よりも、部材のコストが低減されうる。

　比較例と本実施形態とにおいて、第１サブピクセルの大きさが共通するものと仮定する。この仮定の下で、第１サブピクセルの大きさと第２サブピクセルの大きさとの比較に基づき、本実施形態の第２サブピクセルは、比較例の第２サブピクセルよりも大きい。第２サブピクセルが透光領域２１を形成する場合において、本実施形態の第２サブピクセルの光の透過率は、比較例の第２サブピクセルの光の透過率よりも高い。つまり、本実施形態において、第２サブピクセルの大きさが第１サブピクセルの大きさと等しくされることによって、バリア２０における光の透過率が高められうる。結果として、利用者の両眼に投影される視差画像の輝度が高められうる。

　ヘッドアップディスプレイ１は、第１パネル及び第２パネルそれぞれにおいて、左右ドット群ピッチ及びバリアピッチを制御する。仮に、第１ピッチと第２ピッチとが異なる場合、第１ピッチのｍ１倍と第２ピッチのｍ２倍とを等しくしつつ、第１ピッチのｍ１倍及び第２ピッチのｍ２倍それぞれをｊ及び２Ｒと等しくするようにｍ１及びｍ２を決定することは難しい。一方で、第１ピッチと第２ピッチとが等しい場合、第１ピッチのｎ倍と第２ピッチのｎ倍とを等しくすることは容易である。この場合、第１ピッチのｎ倍及び第２ピッチのｎ倍をｊ及び２Ｒと等しくすることは容易である。つまり、第１ピッチと第２ピッチとが等しい場合に、バリアピッチ（ｊ）と左右ドット群ピッチ（２Ｒ）とが等しくされやすい。ｍ１、ｍ２、及びｎは、自然数である。

　バリアピッチと左右ドット群ピッチとが等しい場合、視差画像が光学系３０を介して利用者の両眼に投影されることによってはじめて、片眼ドット群が互いに重複せずにＸ軸方向に並びうる。結果として、視差画像におけるクロストークが低減されうる。

　左右ドット群ピッチ（２Ｒ）がバリアピッチ（ｊ）と等しい場合、左右ドット群ピッチの１／２のピッチ（Ｒ）と、バリアピッチ（ｊ）の１／２のピッチとは、共に第３ピッチともいう。上述の式（１４）は、第３ピッチが、ギャップ（ｇ）と、光学系３０の焦点距離（ｆ）と、利用者の両眼の眼間距離（Ｅ）とに基づいて算出されることを表している。例えば、利用者ごとに眼間距離が異なる場合、ヘッドアップディスプレイ１は、各利用者の眼間距離に合わせて第３ピッチを決定し、視差画像を投影することができる。

　上述の式（１５）は、ギャップ（ｇ）が、光学系３０の焦点距離（ｆ）と、利用者の両眼の眼間距離（Ｅ）と、左右ドット群ピッチの１／２のピッチ（Ｒ）とに基づいて算出されることを表している。例えば、ヘッドアップディスプレイ１が製造されるとき、第１パネルと第２パネルとの間にスペーサ等の間隔調整部材が挿入されてよい。ギャップ（ｇ）は、スペーサの厚みによって決定されうる。つまり、スペーサの厚みは、光学系３０の焦点距離（ｆ）と、利用者の両眼の眼間距離（Ｅ）と、左右ドット群ピッチの１／２のピッチ（Ｒ）とに基づいて決定されてよい。

　上述の式（１４）又は式（１５）は、光学系３０が理想的に機能し、図５に示されているＺ軸の正の領域において平行光線を形成する場合に成り立つといえる。この場合、光学系３０から利用者の両眼までの距離（Ｐ）にかかわらず、式（１４）又は式（１５）を満たすことによって、バリアピッチと左右ドット群ピッチとが等しい構成でも立体視が提供されうる。

　一方で、図５の、光学系３０よりもＺ軸の正の方向に位置する領域において、光学系３０が平行光線を形成しないことがある。この場合、バリアピッチと左右ドット群ピッチとが等しい構成で立体視が提供されうるための条件は、式（１４）又は式（１５）に含まれている各パラメータだけでなく、光学系３０から利用者の両眼までの距離（Ｐ）にさらに基づく。この場合、例えば、第３ピッチは、ギャップ（ｇ）と、焦点距離（ｆ）と、眼間距離（Ｅ）とだけでなく、光学系３０から利用者の両眼までの距離（Ｐ）にさらに基づいて算出されうる。

　第３ピッチは、第１ピッチ及び第２ピッチの自然数倍でありうる。表示装置１０及びバリア２０は、式（１４）によって算出されたＲの値に基づいて、片眼ドット群の画素数又は透光領域２１の画素数を決定してよい。

　本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１は、移動体に搭載されてよい。ヘッドアップディスプレイ１が移動体に搭載される場合、ヘッドアップディスプレイ１の利用者は、移動体の運転者若しくは操作者、又は、同乗者であってよい。ヘッドアップディスプレイ１が移動体に搭載される場合、ヘッドアップディスプレイ１の構成の一部は、移動体が備える他の装置、部品と兼用されてよい。例えば、移動体のウインドシールドは、ヘッドアップディスプレイ１の構成の一部として兼用されてよい。例えば図１に示されている光学部材３０ｃは、移動体のウインドシールドによって置き換えられてよい。

　表示装置１０がシャッター式表示パネルを含む場合、当該表示装置１０は、光源装置を含みうる。ヘッドアップディスプレイ１は、シャッター式表示パネルと光源装置との間に、バリア２０が位置しうる。

　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、スクレーバー、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。

　本開示に係る構成は、以上説明してきた実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形又は変更が可能である。例えば、各構成部等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

　本開示に係る構成を説明する図は、模式的なものである。図面上の寸法比率等は、現実のものと必ずしも一致しない。

　本開示において「第１」及び「第２」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第１」及び「第２」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第１パネルは、第２パネルと識別子である「第１」と「第２」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第１」及び「第２」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。

　本開示において、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、説明の便宜上設けられたものであり、互いに入れ替えられてよい。本開示に係る構成は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸によって構成される直交座標系を用いて説明されてきた。本開示に係る各構成の位置関係は、直交関係にあると限定されるものではない。

　１　ヘッドアップディスプレイ
　５Ｌ　左眼
　５Ｒ　右眼
　１０　表示装置
　１０Ｑ　表示装置の虚像
　１１　サブピクセル
　１１Ｌ　第１領域
　１１Ｒ　第２領域
　１２　ピクセル
　１３Ｌ　左眼可視領域
　１３Ｒ　右眼可視領域
　１４Ｌ　左眼遮光領域
　１４Ｒ　右眼遮光領域
　１５　表示境界
　２０　バリア
　２０Ｑ　バリアの虚像
　２１　透光領域
　２２　遮光領域
　２３　サブピクセル
　２３Ａ　シャッター部
　２３Ｂ　ブラックマトリックス
　２５　制御境界
　３０　光学系
　３０ａ、３０ｂ、３０ｃ　光学部材
　３２　光路

Claims (9)

1. 　第１パネルと、第２パネルと、光学系とを備え、
   　前記第１パネルは、利用者の両眼に視差を与える視差方向に沿って第１ピッチで並ぶ複数の第１サブピクセルを有し、
   　前記第２パネルは、前記視差方向に沿って第２ピッチで並ぶ複数の第２サブピクセルを有し、前記第１パネルに沿って位置し、前記第１パネルの表示画像に基づいて、前記利用者の両眼に視差を与える視差画像を生成し、
   　前記光学系は、前記視差画像を拡大して前記利用者の両眼に結像させ、
   　前記第１ピッチと前記第２ピッチとは、互いに等しい、
   ヘッドアップディスプレイ。
2. 　前記光学系は、前記第１パネルと前記第２パネルとをそれぞれ異なる倍率で拡大する、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
3. 　前記第１パネルは、前記第１サブピクセルによって、前記視差方向に沿って第３ピッチで並ぶ右眼画像と左眼画像とを表示し、
   　前記第２パネルは、前記第２サブピクセルによって、前記視差方向に沿って前記第３ピッチで並ぶ透光領域と遮光領域とを形成し、
   　前記第３ピッチは、前記第１パネルと前記第２パネルとの距離と、前記光学系の焦点距離と、前記利用者の両眼の眼間距離とに基づいて算出される、請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ。
4. 　前記第１パネルと前記第２パネルとの距離がｇと表され、前記光学系の焦点距離がｆと表され、前記利用者の両眼の眼間距離がＥと表され、前記第３ピッチの１／２がＲと表される場合に、以下の式
   

   

   が成り立つ、請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
5. 　前記第３ピッチは、前記利用者の両眼と前記光学系との間の距離にさらに基づいて算出される、請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
6. 　前記第３ピッチは、前記第１ピッチ及び前記第２ピッチの自然数倍である、請求項３乃至５のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。
7. 　第１パネルと、第２パネルと、光学系とを備えるヘッドアップディスプレイを搭載し、
   　前記第１パネルは、利用者の両眼に視差を与える視差方向に沿って第１ピッチで並ぶ複数の第１サブピクセルを有し、
   　前記第２パネルは、前記視差方向に沿って第２ピッチで並ぶ複数の第２サブピクセルを有し、前記第１パネルに沿って位置し、前記第１パネルの表示画像に基づいて、前記利用者の両眼に視差を与える視差画像を生成し、
   　前記光学系は、前記視差画像を拡大して前記利用者の両眼に結像させ、
   　前記第１ピッチと前記第２ピッチとは、互いに等しい、
   移動体。
8. 　第１パネルと、第２パネルと、を有し、
   　前記第１パネルは、
   　　第１方向に沿って第１ピッチで並ぶ複数の第１サブピクセルを有し、
   　前記第２パネルは、
   　　前記第１方向に沿って第２ピッチで並ぶ複数の第２サブピクセルを有し、
   　　前記第１パネルに沿って位置し、
   　　前記第１パネルの表示画像に基づいて、前記第１方向に沿って並ぶ利用者の両眼に視差を与える視差画像を生成し、
   　前記第１ピッチと前記第２ピッチとは、互いに等しい、
   ヘッドアップディスプレイ用表示装置。
9. 　前記第２パネルは、カラーフィルタを有さない、請求項８に記載のヘッドアップディスプレイ用表示装置。
    

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