JP2015031821A - 光走査装置及び画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成を用いつつも表示品位の高い画像表示を実現する。【解決手段】走査部２０は、光源１０から照射されるレーザー光束を透過スクリーン３０に向け、主走査方向Ｘの往復走査を複数回行いながら副走査方向Ｙの走査を行い、複数の互いに重ならないサブフレームを連続形成することで１フレームの画像を生成し、走査部２０は、連続形成される前後のサブフレームにおいて、透過スクリーン３０に対する主走査方向Ｘの往復走査の位置関係を、走査部２０の副走査方向Ｙを制御することによって異ならせ、光源１０は、連続形成される前後のサブフレームにおいて、走査部２０が主走査方向Ｘの往走査または復走査のいずれか同じ方向の走査時に画像Ｍを生成するレーザー光束を照射する。【選択図】図６

Description

本発明は、レーザー光束を走査することで画像を生成する光走査装置及び生成した画像を投影する画像投影装置に関するものである。

画像投影装置として、画像信号に応じた強度の光束を出射する光源と、この光束をスクリーン上に第１方向に高速に往復走査しながら、第２方向に相対的に低速に走査する走査部と、を有するものが特許文献１に開示されている。

このような画像投影装置においては、走査部が第１方向に往走査及び復走査するときの双方において、画像信号に応じた光束を走査し、スクリーン上に画像を描画するものである。光源は、走査部の走査位置に応じて出射する光の強度を調整するものであり、走査部の走査位置が、描画する画像の端部付近（表示開始位置）に移動すると点灯駆動を開始し、走査部が第１方向に走査する間、画像信号に基づく光強度の光束を走査部に対して照射することで、画像の１ラインがスクリーン上に描画される。

特開２０１２−００３０５１号公報

このような画像投影装置において、走査部の第１方向の高速往復走査は、一定の周期で共振することにより行われるため、往復走査切替箇所では走査速度が遅く、往復走査切替箇所と次の往復走査切替箇所との間では走査速度が速くなり、走査部の第１方向における走査位置の特定が困難であった。
走査部が第１方向に往走査及び復走査するときの双方において画像描画する場合、走査部の第１方向の往走査時の表示開始位置と、走査部の第１方向の復走査時の表示開始位置と、を精度よく検出する必要があったが、上記理由により第１方向の走査位置特定にズレが生じることで、往走査で生成する１ラインの画像と復走査で生成する１ラインの画像とがずれてしまい、表示する画像の品位を著しく低下させていた。

そこで本発明は、前述の課題を鑑みて、簡易な構成を用いつつも表示品位の高い画像表示を実現する光走査装置及び画像投影装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち、第１の発明における光走査装置は、レーザー光束を照射する光源と、前記光源から照射される前記レーザー光束を表示体に向け、第１方向の往復走査を複数回行いながら第２方向の走査を行う走査部と、を有し、複数の互いに重ならないサブフレームを連続形成することで１フレームの画像を生成する光走査装置において、前記走査部は、連続形成される前後の前記サブフレームにおいて、前記表示体に対する前記第１方向の往復走査の位置関係を、前記走査部の前記第２方向を制御することによって異ならせ、前記光源は、連続形成される前後の前記サブフレームにおいて、前記走査部が第１方向の往走査または復走査のいずれか同じ方向の走査時に前記画像を生成する前記レーザー光束を照射するものである。

また、第１の発明における光走査装置において、前記走査部は、連続形成される前後の前記サブフレームにおいて、前記表示体に対する前記第１方向の往復走査の位置関係を、前記第２方向に移動させて異ならせてもよい。

また、第１の発明における光走査装置において、前記走査部は、連続形成される前後の前記サブフレームにおいて、前記表示体に対する前記第１方向の往復走査の位置関係を、前記走査部の前記第１方向の走査と前記第２方向の走査関係を反転させて異ならせ、前記第２方向の往走査と復走査のそれぞれで前記サブフレームを形成してもよい。

また、第１の発明における光走査装置において、前記走査部は、前記光源から照射される前記レーザー光束を走査することで画像を形成する表示エリアと、前記表示エリアの前記第２方向の前後に配置される非表示エリアと、を有し、前記走査部が前記非表示エリアを走査する間に前記表示体に対する前記第１方向の往復走査の位置関係を前記第２方向に移動させてもよい。

また、第２の発明における画像投影装置は、第１の発明の光走査装置と、前記光走査装置が前記レーザー光束を走査して前記画像を生成する表示体と、前記表示体に生成された前記画像の画像光を反射して投影対象に前記画像を投影するリレー光学系と、を備えるものである。

本発明は、簡易な構成を用いつつも表示品位の高い画像表示を実現する光走査装置及び画像投影装置を提供する。

本発明の第１実施形態に係るＨＵＤ装置の搭載態様を説明するための図である。 上記実施形態のＨＵＤ装置の概略断面図である。 上記実施形態の合成レーザー光発生装置の概略断面図である。 上記実施形態のスクリーン上の走査態様を示す図である。 上記実施形態のＨＵＤ装置における電気構成図である。 上記実施形態のスクリーン上のサブフレーム毎の走査態様を示す図である。 上記実施形態のＨＵＤ装置における走査位置の時間推移を表す図であり、（ａ）は主走査位置の時間推移であり、（ｂ）は副走査位置の時間推移である。 上記実施形態のＨＵＤ装置における描画処理の動作フロー図である。 本発明の第２実施形態に係るＨＵＤ装置における副走査位置の時間推移を示す図である。 上記実施形態のスクリーン上のサブフレーム毎の走査態様を示す図である。

（第１実施形態）
以下、添付の図面に基づいて、本発明の画像投影装置を車両に搭載するヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と記載）に適用した一実施形態について説明する。なお、本実施形態では、本発明の画像投影装置をＨＵＤ装置に適用した例ついて説明するが、これに限定されない。

本発明の第１実施形態に係るＨＵＤ装置１は、図１に示すように、車両２のダッシュボードに配設され、所定の情報を報知する画像Ｍ（図２参照）を表す表示光Ｌをウインドシールド３に向けて出射する。ウインドシールド３で反射した表示光Ｌは、観察者４（主に、車両２の運転者）により、ウインドシールド３の前方に形成された虚像Ｗとして視認される。このようにしてＨＵＤ装置１は、観察者４に画像Ｍを視認させる。

ＨＵＤ装置１は、図２に示しように、合成レーザー光発生装置１０と、走査部２０と、透過スクリーン３０と、リレー光学系４０と、筐体５０と、を備える。

合成レーザー光発生装置１０は、後述する合成レーザー光Ｃを走査部２０に向け出射するものであり、図３に示すように、レーザーダイオード（以下、ＬＤという）１１，１２，１３と、集光光学系１４と、合波ユニット１５と、を有する。

ＬＤ１１は、赤色のレーザー光Ｒを出射する。ＬＤ１２は、緑色のレーザー光Ｇを出射する。ＬＤ１３は、青色のレーザー光Ｂを出射する。ＬＤ１１，１２，１３は、後述するＬＤ制御部１００からＬＤ駆動信号（ＬＤ駆動電流）が供給され、各々が所定の光強度及びタイミングで発光する。

集光光学系１４は、各ＬＤ１１，１２，１３が出射した各レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを集光し、スポット径を小さくして収束光とするものである。具体的には、集光光学系１４は、それぞれがレンズ等からなる集光部１４１、１４２、及び１４３から構成されている。集光部１４１はＬＤ１１が発したレーザー光Ｒの光路上に位置し、集光部１４２はＬＤ１２が発したレーザー光Ｇの光路上に位置し、集光部１４３はＬＤ１３が発したレーザー光Ｂの光路上に位置する。

合波ユニット１５は、各ＬＤ１１，１２，１３から出射され、集光光学系１４を介して到達した各レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを合波して、１本の合成レーザー光Ｃとして出射するものである。具体的には、合波ユニット１５は、それぞれが特定の波長の光を反射するがその他の波長の光は透過するダイクロイックミラー等からなる第１合波部１５１、第２合波部１５２、及び第３合波部１５３から構成されている。
第１合波部１５１は、入射したレーザー光Ｒを、第２合波部１５２に向けて反射させる。
第２合波部１５２は、第１合波部１５１からのレーザー光Ｒをそのまま透過させると共に、入射したレーザー光Ｇを第３合波部１５３に向けて反射させる。これにより、第２合波部１５２からは、レーザー光ＲとＧとが合波されたレーザー光ＲＧが第３合波部１５３に向け出射される。
第３合波部１５３は、第２合波部１５２からのレーザー光ＲＧをそのまま透過させると共に、入射したレーザー光Ｂを走査部２０に向けて反射させる。このようにして、第３合波部１５３から、レーザー光ＲＧとＢとが合波された合成レーザー光Ｃが走査部２０に向け出射される。

図４は、透過スクリーン３０の正面図であり、走査部２０が透過スクリーン３０上に合成レーザー光Ｃを走査する様子を説明する図である。
走査部２０は、主走査方向Ｘ及び主走査方向Ｘと交差する副走査方向Ｙの二次元方向に、合成レーザー光発生装置１０からの合成レーザー光Ｃを偏向する偏向器であり、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーで構成され、後述する走査制御部２００の制御のもとで（走査制御部２００から供給される走査制御信号に基づいて）、受光した合成レーザー光Ｃを、透過スクリーン３０上で主走査方向Ｘに複数回往復走査（主走査）しながら、副走査方向Ｙに走査（副走査）することで所望の画像Ｍを透過スクリーン３０上に表示する。走査部２０は、主走査するミラーと副走査するミラーとを別々に設けた構成でもよく、単一ミラーが主走査及び副走査するように構成してもよい。走査部２０の制御方法の詳細は後述する。

透過スクリーン（表示体）３０は、走査部２０からの合成レーザー光Ｃを背面で受光し、透過拡散させることで、前面側に画像Ｍを表示するものであり、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板等から構成される。

透過スクリーン３０は、図４の太線枠内の領域であり観察者４が虚像Ｗとして視認可能な領域（つまり、後述する第１反射部４１等で反射される表示光Ｌを外部に出射する領域）である表示エリア３０ａと、表示エリア３０ａを取り囲む観察者４が虚像Ｗとして視認できない領域である非表示エリア３０ｂと、に分類される。

ここで、走査部２０は、図４に示すように、合成レーザー光Ｃを、透過スクリーン３０上の非表示エリア３０ｂに位置する走査開始位置Ｙａ（後述する第１走査開始位置Ｙ１ａまたは第２走査開始位置Ｙ１ｂ）から同じく透過スクリーン３０上の非表示エリア３０ｂに位置する走査終了位置Ｙｄ（後述する第１走査終了位置Ｙ１ｄまたは第２走査終了位置Ｙ２ｄ）まで、主走査方向Ｘに複数回の主走査をしながら副走査方向Ｙに副走査していき（符号Ｃで示す実線を参照）、走査終了位置Ｙｄに到達すると再び走査開始位置Ｙａに戻って走査する。走査部２０の走査期間は、表示エリア３０ａ及び非表示エリア３０ｂを走査している期間である実走査期間Ｆａ（後述する第１実走査期間Ｆ１ａまたは第２実走査期間Ｆ２ａ）と、走査終了位置Ｙｄから走査開始位置Ｙａに戻る期間である帰線走査期間Ｆｂ（後述する第１帰線走査期間Ｆ１ｂまたは第２帰線走査期間Ｆ２ｂ）とに分類される。図４及び図６において、「ｎ」を主走査ライン数として記載し、走査部２０は、「ｎ」が奇数である場合、往方向（主走査方向Ｘのプラス方向）に走査し、「ｎ」が偶数である場合、復方向（主走査方向Ｘのマイナス方向）に走査する。

リレー光学系４０は、第１反射部４１と、第２反射部４２と、により構成され、透過スクリーン３０に表示された画像Ｍを表す表示光Ｌを投影対象（ウインドシールド３）に向けて投影するための光学系である。
第１反射部４１は、平面鏡等からなり、透過スクリーン３０に表示された画像Ｍを表す表示光Ｌを受け、第２反射部４２側へ反射させる。
第２反射部４２は、凹面鏡等からなり、第１反射部４１からの表示光Ｌを、ウインドシールド３の方向へ反射させる。第２反射部４２で反射した表示光Ｌは、後述する透光部５１を介して、ウインドシールド３に到達する。

筐体５０は、合成レーザー光発生装置１０、走査部２０、透過スクリーン３０、リレー光学系４０等を収納するものであり、遮光性の部材により形成される。また、筐体５０は、一部に透光性の透光部５１を有する。

透光部５１は、アクリル等の透光性樹脂からなり、第２反射部４２からの表示光Ｌを透過するものであり、例えば、筐体５０に嵌合されている。透光部５１は、到達した外光が観察者４の方向へ反射しないように湾曲形状に形成されている。

次に、ＨＵＤ装置１の電気的構成について説明する。

ＨＵＤ装置１は、上記したものの他、図５に示すように、ＬＤ制御部１００と、走査制御部２００と、ＬＤ制御部１００と走査制御部２００とを制御するコントローラユニット３００と、を備える。これらの制御部は、例えば、筐体５０内に配設されたプリント回路板（図示せず）に実装されている。なお、これらの制御部は、ＨＵＤ装置１の外部に配設され、配線によりＨＵＤ装置１（ＬＤ１１，１２，１３、走査部２０等）と電気的に接続されていてもよい。

ＬＤ制御部１００は、ＬＤ１１，１２，１３を駆動するドライバＩＣ等からなり、コントローラユニット３００の制御のもとで（表示制御部３４０からのＬＤ駆動信号に基づいて）、ＬＤ１１，１２，１３の各々を、ＰＷＭ方式、又は、パルス振幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＰＡＭ）方式により駆動する。具体的には、ＬＤ制御部１００は、後述する表示制御部３４０から入力される各色（ＬＤ１１，１２，１３）１０ビットのＬＤ駆動信号（ＬＤ駆動電流信号）に基づき、ＬＤ１１，１２，１３を階調駆動する。

走査制御部２００は、走査部２０を駆動するドライバＩＣ等からなり、コントローラユニット３００の制御のもとで（表示制御部３４０からの走査制御信号に基づいて）、走査部２０を駆動する。また、走査制御部２００は、走査部２０のミラーを動かすピエゾ素子の時間ごとの振れ位置を取得し、これに基づいてフィードバックデータを算出し、このフィードバックデータを後述する表示制御部３４０へ出力する。
走査制御部２００から出力されるフィードバックデータは、主走査ライン数ｎと、図４に示すような走査開始位置Ｙａ，表示開始位置Ｙｂ，表示終了位置Ｙｃ，走査終了位置Ｙｄなど走査部２０による走査位置に関する走査位置検出データと、走査部２０を主走査方向Ｘに実際に共振させた際の共振周波数である実測主共振周波数データと、走査部２０を副走査方向Ｙに実際に共振させた際の共振周波数である実測副共振周波数データと、を含むデータである。

コントローラユニット３００は、マイクロコントローラ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などからなり、入力処理部３１０と、メモリ制御部３２０と、フレームバッファ３３０と、表示制御部３４０と、を備え、車両ＥＣＵ５、ＬＤ制御部１００、走査制御部２００などに電気的に接続されており、車両ＥＣＵ５から入力される画像信号に基づき、ＬＤ制御部１００及び走査制御部２００を介して、ＬＤ（ＬＤ１１、ＬＤ１２、ＬＤ１３）及び走査部２０を制御することで、画像信号に基づく画像Ｍを透過スクリーン３０上に生成させる。

入力処理部３１０は、車両ＥＣＵ５から画像信号を入力し、そのデータを処理して、コントローラユニット３００内の処理に適した形式にする。入力処理部３１０は、画像信号に含まれる画像フレームデータを、２つ（複数）の互いに重ならないフィールドに分割したサブフレームデータに変換する。

メモリ制御部３２０は、入力処理部３１０にて変換された２つのサブフレームデータ（第１サブフレームデータ及び第２サブフレームデータ）を、フレームバッファ３３０内のフレームメモリ３３１及びフレームメモリ３３２にそれぞれ記憶させる。フレームバッファ３３０は、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの揮発性メモリやフラッシュメモリなどの書き換え可能な不揮発性メモリなどで構成される。

メモリ制御部３２０は、さらに表示制御部３４０からの命令があり次第、フレームバッファ３３０（フレームメモリ３３１またはフレームメモリ３３２）からサブフレームデータを取り出して表示制御部３４０に出力して、表示制御部３４０は、表示制御部３４０内のバッファメモリ３４１に記憶させる。

表示制御部３４０は、予め記憶されたプログラムデータを実行することで、ＬＤ制御部１００に対してＬＤ駆動信号を出力し、さらに走査制御部２００に対して走査制御信号を出力することで、ＬＤ１１，１２，１３及び走査部２０を制御して透過スクリーン３０上に画像Ｍを生成させる。また、表示制御部３４０は、走査制御部２００からのフィードバックデータ、ＬＤ１１，１２，１３の光強度を検出する光強度検出部（図示しない）からの光強度データ、観察者４の周辺の照度を検出する照度検出部（図示しない）からの照度データ等の各種情報が入力され、これら各種データに基づき、ＬＤ１１，１２，１３の駆動条件及び走査部２０の駆動条件を調整し、画像Ｍが所望の輝度で正確に表示させる。

以上が、本実施形態に係るＨＵＤ装置１の構成であるが、ここからは、図６乃至図８を用いて、ＬＤ１１，１２，１３及び走査部２０による画像Ｍを描画するための処理方法（描画処理）を説明する。図６は、透過スクリーン３０の正面図であり、走査部２０が透過スクリーン３０上に合成レーザー光Ｃを走査する様子を説明する図であり、図６（ａ）は、画像フレームデータを分割した一方のサブフレームを生成する際の走査態様を説明する図であり、図６（ｂ）は、画像フレームデータを分割したもう一方のサブフレームを生成する際の走査態様を説明する図である。なお、図６において、表示エリア３０ａに表示される画像Ｍの副走査方向Ｙのライン数（フィールド数）を「ｊ」と記載する。図７は、走査部２０による走査位置の時間推移を表す図であり、図７（ａ）は主走査位置の時間推移であり、（ｂ）は副走査位置の時間推移である。図８は、コントローラユニット３００による描画処理のフロー図である。

（描画処理）
表示制御部３４０は、ＬＤ制御部１００及び走査制御部２００を介して、ＬＤ１１，１２，１３及び走査部２０を制御することにより、透過スクリーン３０上に、図６（ａ）に示すように、画像フレームデータを分割した一方のフィールド（ｊが奇数であるフィールド）を第１実走査期間Ｆ１ａにて描画した後、図６（ｂ）に示すように、他方のフィールド（ｊが偶数であるフィールド）を第２実走査期間Ｆ２ａにて描画させる。

まず、第１実走査期間Ｆ１ａにおいて、表示制御部３４０は、第１走査開始位置Ｙ１ａから走査部２０の走査を開始させ、主走査位置Ｘ４で往走査から復走査に切り替えて走査し、主走査位置Ｘ１で復走査から往走査に切り替える。走査部２０の副走査方向（副走査位置）Ｙが表示エリア３０ａに差し掛かる第１表示開始位置Ｙ１ｂに位置する（主走査位置ＸがＸ２に差し掛かる）タイミングで、ＬＤ１１，１２，１３をバッファメモリ３４１の第１サブフレームＦ１のデータに基づき点灯制御させ、画像Ｍの奇数フィールド（ｊが奇数であるフィールド）を描画する。また、表示制御部３４０は、走査部２０の走査位置が偶数フィールド（ｊが偶数であるフィールド）である場合、ＬＤ１１，１２，１３を全消灯させることで、画像Ｍの偶数フィールド（ｊが偶数であるフィールド）には描画を行わない。次に、表示制御部３４０は、走査部２０の走査位置が非表示エリア３０ｂ内に位置する第１走査終了位置Ｙ１ｄに到達したと判断した場合、第１帰線走査期間Ｆ１ｂにおいて、走査部２０の走査位置を、第１走査終了位置Ｙ１ｄから第２走査開始位置Ｙ２ａに移動させる。

次に、第２実走査期間Ｆ２ａにおいて、表示制御部３４０は、第２走査開始位置Ｙ２ａから走査部２０の走査を開始させ、走査部２０の走査位置が表示エリア３０ａに差し掛かる第２表示開始位置Ｙ２ｂに位置する（主走査位置ＸがＸ２に差し掛かる）タイミングで、ＬＤ１１，１２，１３をバッファメモリ３４１の第２サブフレームＦ２のデータに基づき点灯制御させ、画像Ｍの偶数フィールド（ｊが偶数であるフィールド）を描画する。また、表示制御部３４０は、走査部２０の走査位置が画像Ｍの奇数フィールド（ｊが奇数であるフィールド）である場合、ＬＤ１１，１２，１３を全消灯させることで、画像Ｍの奇数フィールド（ｊが奇数であるフィールド）には描画を行わない。次に、表示制御部３４０は、走査部２０の走査位置が非表示エリア３０ｂ内に位置する第２走査終了位置Ｙ２ｄに到達したと判断した場合、第２帰線走査期間Ｆ２ｂにおいて、走査部２０の走査位置を、第２走査終了位置Ｙ２ｄから第１走査開始位置Ｙ１ａに移動させる。

上述した走査部２０の走査位置の時間推移は、図７に示すようになり、走査部２０は、走査制御部２００から入力される正弦波状の主走査駆動信号（主走査駆動電圧）により、図７（ａ）に示すように共振し、主走査位置Ｘ１からＸ４までの間を往復走査する。なお、走査部２０は、主走査を必ずしも共振条件で駆動しなければならないわけではなく、共振条件を外れた駆動も可能である。

また、走査部２０は、走査制御部２００から入力される鋸歯状の副走査駆動信号（副走査駆動電圧Ｖ）により、図７（ｂ）に示すように振動する。
１フレームは、第１実走査期間Ｆ１ａ及び第１帰線走査期間Ｆ１ｂとからなる第１サブフレームＦ１と、第２実走査期間Ｆ２ａ及び第２帰線走査期間Ｆ２ｂとからなる第２サブフレームＦ２と、を有し、第１走査開始位置Ｙ１ａから走査を開始し、第１サブフレームＦ１（第１実走査期間Ｆ１ａ，第１帰線走査期間Ｆ１ｂ）、第２サブフレームＦ２（第２実走査期間Ｆ２ａ，第２帰線走査期間Ｆ２ｂ）を経て再び走査位置が第１走査開始位置Ｙ１ａに戻るまでの期間がフレーム周期となる。このフレーム周期は、ヒトがちらつきを視認できる臨界融合周波数以上の１／６０秒未満（６０Ｈｚ以上）に設定されることが望ましい。この臨界融合周波数よりも高いほどヒトがちらつきを感じなくなるため、第１サブフレームＦ１（第１実走査期間Ｆ１ａ，第１帰線走査期間Ｆ１ｂ）と、第２サブフレームＦ２（第２実走査期間Ｆ２ａ，第２帰線走査期間Ｆ２ｂ）とは、それぞれ１／１２０秒未満（１２０Ｈｚ以上）に設定されることが望ましい。

走査部２０は、第１サブフレームＦ１において、走査制御部２００から入力される副走査駆動電圧Ｖに基づき副走査位置Ｙを移動させ、第１走査開始位置Ｙ１ａから副走査を開始し、第１走査終了位置Ｙ１ｄに到達した後、走査開始位置を、第１走査開始位置Ｙ１ａよりも副走査方向Ｙのプラス側の第２走査開始位置Ｙ２ａに移動させる。ちなみに、第１走査開始位置Ｙ１ａと第２走査開始位置Ｙ２ａとの差は、走査部２０が主走査方向Ｘに往走査する間の副走査方向Ｙの移動量に相当する（主走査方向Ｘに往復走査する間の副走査方向Ｙの移動量の１／２に相当する）。また、副走査位置Ｙは、副走査駆動電圧Ｖを、第１走査開始位置Ｙ１ａに対応するＶ１ではない第２走査開始位置Ｙ２ａに対応するＶ２とすることで制御することができる。
また、走査部２０は、第２サブフレームＦ２において、走査制御部２００から入力される副走査駆動電圧Ｖに基づき副走査位置Ｙを移動させ、第２走査開始位置Ｙ２ａから副走査を開始し、第２走査終了位置Ｙ２ｄに到達した後、走査開始位置を、第２走査開始位置Ｙ２ａよりも副走査方向Ｙのマイナス側の第１走査開始位置Ｙ１ａに移動させる。

以上のように、第１サブフレームＦ１において、透過スクリーン３０の奇数フィールド（ｊが奇数であるフィールド）には、奇数の主走査ライン数ｎが対応付けられ、画像Ｍの奇数フィールドは、走査部２０の主走査の往走査時に描画される。それから、第２サブフレームＦ２において、透過スクリーン３０の偶数フィールド（ｊが偶数であるフィールド）には、再び奇数の主走査ライン数ｎが対応付けられ、画像Ｍの偶数フィールドは、走査部２０の主走査の往走査時に描画される。つまり、画像Ｍのすべてのフィールドは、走査部２０の主走査の往走査時に描画されるものであるので、表示制御部３４０がＬＤ制御部１００を介してＬＤ１１，１２，１３を駆動させるタイミングを一律（主走査位置ＸがＸ２のとき）にすることができるため、ＬＤ１１，１２，１３を駆動させるタイミングがとりやすく、サブフレーム間で描画位置ズレを抑制することができ、表示品位の高い画像表示を実現することができる。
このように第１サブフレームＦ１，第２サブフレームＦ２間で走査開始位置Ｙａを、第１走査開始位置Ｙ１ａまたは第２走査開始位置Ｙ２ａに切り替えるタイミングは、図７（ｂ）に示すように、走査部２０の副走査位置Ｙが第１走査終了位置Ｙ１ｄまたは第２走査終了位置Ｙ２ｄに到達してからではなく、表示エリア３０ａの走査が終了した第１表示終了位置Ｙ１ｃの後および／または第２表示終了位置Ｙ２ｃの後に行なってもよい。

以下に、本実施形態におけるＨＵＤ装置１の一連の描画処理の具体的な動作フローを、図８を用いて説明すると、まず、入力処理部３１０は、ステップＳ１において、車両ＥＣＵ５から画像信号を入力し、このステップＳ１において入力した画像信号に含まれる画像フレームデータを、２つの互いに重ならないフィールドに分割した第１サブフレームデータ及び第２サブフレームデータに変換する（ステップＳ２）。次に、メモリ制御部３２０は、ステップＳ２において生成された第１サブフレームデータ及び第２サブフレームデータを、フレームバッファ３３０のフレームメモリ３３１及びフレームメモリ３３２にそれぞれ格納し（ステップＳ３）、表示制御部３４０内のバッファメモリ３４１に第１サブフレームＦ１に関する第１サブフレームデータを格納する（ステップＳ４）。

表示制御部３４０は、ステップＳ５において、図示しないメモリに記憶する主走査ライン数ｎをリセット（ｎ＝１）し、ステップＳ６において、副走査駆動電圧Ｖを、バッファメモリ３４１に記憶された第１サブフレームデータに対応する第１副走査基準電圧Ｖ１に設定する（走査部２０の副走査位置Ｙを第１走査開始位置Ｙ１ａに設定する）。

次に、表示制御部３４０は、ステップＳ７において、走査部２０の副走査位置Ｙが、表示開始位置Ｙｂから表示終了位置Ｙｃの間（第１表示開始位置Ｙ１ｂから第１表示終了位置Ｙ２ｃの間）であるか判定し、ステップＳ７でＹＥＳの場合、表示制御部３４０は、ステップＳ８において、バッファメモリ３４１にアクセスし、バッファメモリ３４１に記憶された第１サブフレームデータに基づき、ＬＤ制御部１００に対してＬＤ駆動信号を出力し、ステップＳ１０に移行する。また、ステップＳ７でＮＯの場合、ステップＳ１０に移行する。

ステップＳ１０において、表示制御部３４０は、走査部２０の副走査位置Ｙが走査終了位置Ｙｄ（第１走査終了位置Ｙ１ｄ、または第２走査終了位置Ｙ２ｄ）であるかを判定し、ステップＳ１０でＮＯの場合、ステップＳ７からステップＳ１０を繰り返す。

走査部２０の副走査位置Ｙが走査終了位置Ｙｄであった（ステップＳ１０：ＹＥＳ）場合、表示制御部３４０は、ステップＳ１２において、サブフレーム全ての描画が完了したかを判定し、完了していた場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１に移行して新たな画像信号を入力する。
サブフレームすべての描画が完了していない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、メモリ制御部３２０は、バッファメモリ３４１に次のサブフレームデータ（第２サブフレームデータ）を格納し、ステップＳ５に戻りバッファメモリ３４１の格納されたサブフレームの描画を開始する。

以上に説明した本発明の実施形態における光走査装置によれば、レーザー光束を照射する合成レーザー光発生装置（光源）１０と、合成レーザー光発生装置１０から照射されるレーザー光束を透過スクリーン３０に向け、主走査方向（第１方向）Ｘの往復走査を複数回行いながら副走査方向第２方向Ｙの走査を行う走査部２０と、を有し、複数の互いに重ならないサブフレームを連続形成することで１フレームの画像Ｍを生成し、走査部２０は、連続形成される前後のサブフレームにおいて、透過スクリーン３０に対する主走査方向Ｘの往復走査の位置関係が副走査方向Ｙに移動して異ならせ、合成レーザー光発生装置１０は、連続形成される前後のサブフレームにおいて、走査部２０が主走査方向Ｘの往走査または復走査のいずれか同じ方向の走査時に画像Ｍを生成するレーザー光束を照射するものであり、合成レーザー光発生装置１０がレーザー光束を照射するタイミングを一律（主走査位置Ｘ２のみ）にすることができる。斯かる構成により、サブフレーム間で副走査位置Ｙを移動させる簡易な構成において、画像フレームを分割したフィールド間で描画位置ズレを抑制することができ、品位の高い表示を実現することができる。

さらに、本発明の実施形態における光走査装置によれば、走査部２０は、合成レーザー光発生装置１０から照射されるレーザー光束を走査することで画像Ｍを形成する表示エリア３０ａと、表示エリア３０ａの副走査方向Ｙの前後に配置される非表示エリア３０ｂと、を有し、走査部２０が非表示エリア３０ｂを走査する間に透過スクリーン３０に対する主走査方向Ｘの往復走査の位置関係を副走査方向Ｙに移動させるものであり、斯かる構成により、表示エリア３０ａに描画される画像Ｍに影響を及ぼすことなく、走査部２０が、連続形成される前後のサブフレームにおいて、透過スクリーン３０に対する主走査方向Ｘの往復走査の位置関係が副走査方向Ｙに移動して異ならせることができ、品位の高い表示を実現することができる。

なお、本発明は、以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、実施形態及び図面に変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。以下に、変形例の一例を記す。

（第２実施形態）
図９は、第２実施形態における走査部２０の副走査位置の時間推移を示す図であり、図１０は、第２実施形態における透過スクリーン３０の正面図であり、走査部２０が透過スクリーン３０上に合成レーザー光Ｃを走査する様子を説明する図であり、図１０（ａ）は、画像フレームデータを分割した一方のサブフレームを生成する際の走査を説明する図であり、図１０（ｂ）は、画像フレームデータを分割した他方のサブフレームを生成する際の走査を説明する図である。
第２実施形態において、１フレームは、図９に示すように、サブフレームＦ３と、サブフレームＦ４と、を有し、走査開始位置Ｙ３ａから副走査を開始し、サブフレームＦ３、サブフレームＦ４を経て再び走査位置が走査開始位置Ｙ３ａに戻るまでの期間がフレーム周期となり、第１実施形態における帰線期間（第１実走査期間Ｆ１ａや第２帰線走査期間Ｆ２ｂ）を有さない点で異なり、さらに、副走査方向Ｙの往走査のみで画像Ｍの描画をするのではなく、副走査方向Ｙの復走査においても画像Ｍの描画をする点でも異なる。以下に第２実施形態における描画処理を説明する。

走査部２０は、サブフレームＦ３において、走査制御部２００から入力される副走査駆動電圧Ｖに基づき、走査開始位置Ｙ３ａから副走査を開始し、走査終了位置Ｙ３ｄに到達する。
その後、走査部２０は、図９に示す期間Ｐにおいて、主走査の向きを反転させ（副走査を行わずに主走査を半周期分行う）、サブフレームＦ４において、走査制御部２００から入力される副走査駆動電圧Ｖに基づき、走査開始位置Ｙ４ａ（サブフレームＦ３における走査終了位置Ｙ３ｄ）から副走査を開始し、走査終了位置Ｙ４ｄ（サブフレームＦ３における走査開始位置Ｙ３ａ）に到達する。

以上のように、図１０（ａ）に示すサブフレームＦ３において、透過スクリーン３０の奇数フィールド（ｊが奇数であるフィールド）には、奇数の主走査ライン数ｎが対応付けられ、画像Ｍの奇数フィールドは、走査部２０の主走査の往走査時に描画される。それから、図１０（ｂ）に示すサブフレームＦ４において、透過スクリーン３０の偶数フィールド（ｊが偶数であるフィールド）には、偶数の主走査ライン数ｎが対応付けられ、画像Ｍの偶数フィールドは、走査部２０の主走査の往走査時に描画される。つまり、画像Ｍのすべてのフィールドは、走査部２０の主走査の往走査時に描画されるものであるので、表示制御部３４０がＬＤ制御部１００を介してＬＤ１１，１２，１３を駆動させるタイミングを一律（主走査位置ＸがＸ２のとき）にすることができるため、ＬＤ１１，１２，１３を駆動させるタイミングがとりやすく、フィールド間で描画位置ズレを抑制することができ、品位の高い表示を実現することができる。
さらに、第２実施形態の場合、図７（ｂ）にある第１帰線走査期間Ｆ１ｂまたは第２帰線走査期間Ｆ２ｂが発生しない。これにより１フレーム中の描画時間が第１実施形態と比較して多くなることで、画像Ｍの高輝度化を実現することができる。

また、上記実施形態において、走査部２０の水平走査をカウントすることによって、画像調整処理の各制御処理のタイミングを計っていたが、走査時間をカウントするなどあらゆる方法で走査位置を検出してもよい。

１ ＨＵＤ装置
２ 車両
３ ウインドシールド
４ 観察者
５ 車両ＥＣＵ
１０ 合成レーザー光発生装置（光源）
２０ 走査部
３０ 透過スクリーン（表示体）
３０ａ 表示エリア
３０ｂ 非表示エリア
４０ リレー光学系
５０ 筐体
１００ ＬＤ制御部
２００ 走査制御部
３００ コントローラユニット
３１０ 入力処理部
３２０ メモリ制御部
３３０ フレームバッファ
３４０ 表示制御部
Ｃ 合成レーザー光
Ｍ 画像
ｎ 主走査ライン数
Ｘ 主走査方向（主走査位置）
Ｙ 副走査方向（副走査位置）

Claims (5)

1. レーザー光束を照射する光源と、
   前記光源から照射される前記レーザー光束を表示体に向け、第１方向の往復走査を複数回行いながら第２方向の走査を行う走査部と、を有し、複数の互いに重ならないサブフレームを連続形成することで１フレームの画像を生成する光走査装置において、
   前記走査部は、連続形成される前後の前記サブフレームにおいて、前記表示体に対する前記第１方向の往復走査の位置関係を、前記走査部の前記第２方向を制御することによって異ならせ、
   前記光源は、連続形成される前後の前記サブフレームにおいて、前記走査部が第１方向の往走査または復走査のいずれか同じ方向の走査時に前記画像を生成する前記レーザー光束を照射すること、
   を特徴とする光走査装置。
2. 前記走査部は、連続形成される前後の前記サブフレームにおいて、前記表示体に対する前記第１方向の往復走査の位置関係を、前記第２方向に移動させて異ならせること、を特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記走査部は、連続形成される前後の前記サブフレームにおいて、前記表示体に対する前記第１方向の往復走査の位置関係を、前記走査部の前記第１方向の走査と前記第２方向の走査関係を反転させて異ならせ、前記第２方向の往走査と復走査のそれぞれで前記サブフレームを形成すること、を特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
4. 前記走査部は、前記光源から照射される前記レーザー光束を走査することで画像を形成する表示エリアと、前記表示エリアの前記第２方向の前後に配置される非表示エリアと、を有し、前記走査部が前記非表示エリアを走査する間に前記表示体に対する前記第１方向の往復走査の位置関係を前記第２方向に移動させること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光走査装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の光走査装置と、
   前記光走査装置が前記レーザー光束を走査して前記画像を生成する表示体と、
   前記表示体に生成された前記画像の画像光を反射して投影対象に前記画像を投影するリレー光学系と、を備えることを特徴とする画像投影装置。

Images