JP2018156063A - 表示装置及び機器 - Google Patents

Abstract

【課題】あらゆる要素に起因する虚像の不具合を簡便に補正する。【解決手段】表示装置１はスクリーン１３に中間像を形成する中間像形成部と、中間像を透過反射部材に向けて投射することにより虚像２５を表示させる投射部と、虚像２５に関する虚像情報を入力する入力部と、虚像情報に基づいて虚像２５の不具合を補正するように中間像をスクリーン１３内で回転させる補正部と、を備える。補正部は矩形状の中間像を形成する４辺のうち長手方向の２辺のみを回転させる。【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置及び機器に関する。

車両等の移動体において運転者（観察者）が少ない視線移動で各種情報（車両情報、警告情報、ナビゲーション情報等）を認知できるアプリケーションとして、ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）が利用されている。

例えば、車両のフロントガラスに表示される虚像の歪を低減する目的で、画像情報を歪める補正手段と、虚像の位置を変化させるために調整される少なくとも１つの調整要素と、調整要素の選択された調整に応じて補正手段の歪を決定する補正データを格納するメモリ装置とを備えた装置が開示されている（特許文献１）。

車両等の機器に搭載された表示装置が表示させる虚像の不具合は、あらゆる要素に起因して生じ得る。例えば、表示装置を製造する製造工程における誤差、表示装置を機器に組み付ける組付け工程における誤差、車両の運転者（観察者）の視点位置の誤差等に起因して、虚像に傾き、歪、水平角ずれ等の不具合が生じる場合がある。従って、虚像の不具合を補正しようとする場合、あらゆる要素の誤差に対応する必要がある。また、製造工程や組付け工程における誤差に対応しようとする場合、従来の方法によっては、作業負担の増大、装置の大型化、コストの増加等が問題となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、あらゆる要素に起因する虚像の不具合を簡便に補正できるようにすることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一形態である表示装置は、スクリーンに中間像を形成する中間像形成部と、前記中間像を透過反射部材に向けて投射することにより虚像を表示させる投射部と、前記虚像に関する虚像情報を入力する入力部と、前記虚像情報に基づいて、前記虚像の不具合を補正するように前記中間像を前記スクリーン内で回転させる補正部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、あらゆる要素に起因する虚像の不具合を簡便に補正することが可能となる。

図１は第１の実施形態に係る表示装置の概略的構成を例示する図である。 図２は第１の実施形態に係る表示装置のハードウェア構成を例示するブロック図である。 図３は第１の実施形態に係る光源部の具体的構成を例示する図である。 図４は第１の実施形態に係る走査ミラーの具体的構成を例示する図である。 図５は第１の実施形態に係るスクリーンの具体的構成を例示する図である。 図６は第１の実施形態に係る表示装置の機能的構成を例示するブロック図である。 図７は第１の実施形態に係る中間像と虚像との関係を例示する図である。 図８は第１の実施形態に係る虚像の傾き及び歪を例示する図である。 図９は第１の実施形態に係る虚像の傾き又は歪の算出法を説明するための図である。 図１０は第１の実施形態の第１の例に係る傾き及び歪の補正方法を例示する図である。 図１１は第１の実施形態に係る補正処理のアルゴリズムを例示するフローチャートである。 図１２は第１の実施形態の第２の例に係る傾き及び歪の補正方法を例示する図である。 図１３は第２の実施形態に係る虚像の水平角ずれを例示する図である。 図１４は第２の実施形態に係る水平角ずれの補正方法を例示する図である。 図１５は第２の実施形態に係る補正処理のアルゴリズムを例示するフローチャートである。 図１６は第４の実施形態に係る補正処理の実施環境を例示する図である。 図１７は第５の実施形態に係る補正処理の実施環境を例示する図である。

以下に添付図面を参照して、表示装置及び機器の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、及びいわゆる均等の範囲のものが含まれる。以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更、及び組み合わせを行うことができる。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る表示装置１の概略的構成を例示する図である。本実施形態に係る表示装置１は機器に搭載されるＨＵＤである。機器は、例えば車両、航空機、船舶等の移動体、又は操縦シミュレーションシステム、ホームシアターシステム等の非移動体であり得る。以下では表示装置１の一例として、自動車に搭載されたＨＵＤについて説明する。

表示装置１は光源部１１、走査ミラー１２、スクリーン１３、及び凹面ミラー１４を含む。

フロントガラス１５は光束の一部を透過し残部を反射する機能（部分反射機能）を有する透過反射部材である。フロントガラス１５は観察者（運転者）１０に前方の景色及び虚像２５を視認させる半透過鏡として機能する。虚像２５は例えば車両情報（速度、走行距離等）、ナビゲーション情報（経路案内、交通情報等）、警告情報（衝突警報等）等を観察者１０に提供する。虚像２５はフロントガラス１５の前方の景色と重畳するように表示されてもよい。なお、フロントガラス１５と同じ機能（部分反射機能）を有する個別の透過反射部材としての半透過鏡（コンバイナ）を利用してもよい。

光源部１１はレーザ光を照射する。光源部１１は例えばＲ，Ｇ，Ｂの３色のレーザ光を合成したレーザ光を照射してもよい。光源部１１から射出されたレーザ光は走査ミラー１２の反射面に導かれる。

走査ミラー１２はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等を利用してレーザ光の進行方向を変化させるデバイスである。走査ミラー１２は例えば、直交する２軸に対して揺動する単一の微小なミラー、１軸に対して揺動又は回転する２つのミラーからなるミラー系等を利用して構成され得る。

走査ミラー１２から射出したレーザ光はスクリーン１３を走査し、スクリーン１３に２次元像である中間像を形成する。スクリーン１３はレーザ光を所定の発散角で発散させる機能を有し、例えばマイクロレンズアレイ等を利用して構成される。

上記のように、中間像を形成する中間像形成部は、図１に示す例においては、光源部１１、走査ミラー１２、及びスクリーン１３を含んで構成される。

スクリーン１３から射出した光は凹面ミラー１４によりフロントガラス１５に反射される。凹面ミラー１４はフロントガラス１５の湾曲形状による画像の傾き、歪、位置ずれ等を相殺するように設計及び配置されている。凹面ミラー１４は所定の回転軸を中心として回転可能に設置されてもよい。これにより、スクリーン１３から射出した光の反射方向を調整し、虚像２５の表示位置を変化させることができる。このような構成により、スクリーン１３に形成された中間像を構成する光は拡大されてフロントガラス１５に向けて投射され、観察者１０はフロントガラス１５で反射された光により虚像２５を視認することができるようになる。

上記のように、虚像２５を表示する虚像表示部は、図１に示す例においては、上記凹面ミラー１４及びフロントガラス１５を含んで構成される。

図２は第１の実施形態に係る表示装置１のハードウェア構成を例示するブロック図である。本例の表示装置１はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）１０１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０３、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０４、Ｉ／Ｆ（Interface）１０５、バスライン１０６、ＬＤ（Laser Diode）１０９、ＬＤドライバ１１０、ＭＥＭＳ１１１、ＭＥＭＳコントローラ１１２、モータ１１３、及びモータドライバ１１４を含む。

ＬＤ１０９は光源部１１の一部を構成する半導体発光素子である。ＬＤドライバ１１０はＬＤ１０９を駆動する駆動信号を生成する回路である。ＭＥＭＳ１１１は走査ミラー１２の一部を構成し、ミラーを変位させるデバイスである。ＭＥＭＳコントローラ１１２はＭＥＭＳ１１１を駆動する駆動信号を生成する回路である。モータ１１３は凹面ミラー１４の回転軸を回転させる電動機である。モータドライバ１１４はモータ１１３を駆動する駆動信号を生成する回路である。ＦＰＧＡ１０１は表示装置１の設計者による設定変更が可能な集積回路である。ＬＤドライバ１１０、ＭＥＭＳコントローラ１１２、及びモータドライバ１１４はＦＰＧＡ１０１からの制御信号に応じて駆動信号を生成する。ＣＰＵ１０２は表示装置１全体を制御するための処理を行う集積回路である。ＲＯＭ１０３はＣＰＵ１０２を制御するプログラムを記憶する記憶装置である。ＲＡＭ１０４はＣＰＵ１０２のワークエリアとして機能する記憶装置である。Ｉ／Ｆ１０５は外部装置と通信するためのインターフェースであり、例えば自動車のＣＡＮ（Controller Area Network）等に接続される。

図３は第１の実施形態に係る光源部１１の具体的構成を例示する図である。本例の光源部１１は光源素子３０１Ｒ，３０１Ｇ，３０１Ｂ、カップリングレンズ３０２Ｒ，３０２Ｇ，３０２Ｂ、アパーチャ３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂ、合成素子３０４，３０５，３０６、及びレンズ３０７を含む。３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光源素子３０１Ｒ，３０１Ｇ，３０１Ｂはそれぞれ単数又は複数の発光点を有するＬＤであり、互いに異なる波長λＲ，λＧ，λＢ（例えばλＲ＝６４０ｎｍ，λＧ＝５３０ｎｍ，λＢ＝４４５ｎｍ）の光束を放射する。放射された各光束はそれぞれカップリングレンズ３０２Ｒ，３０２Ｇ，３０２Ｂによりカップリングされる。カップリングされた各光束はそれぞれアパーチャ３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂにより整形される。アパーチャ３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂは光束の発散角等の所定の条件に応じた形状（例えば円形、楕円形、長方形、正方形等）を有する。アパーチャ３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂにより整形された各光束は３つの合成素子３０４，３０５，３０６により合成される。合成素子３０４，３０５，３０６はプレート状又はプリズム状のダイクロイックミラーであり、波長に応じて光束を反射又は透過し、１つの光束に合成する。合成された光束はレンズ３０７を通り、走査ミラー１２に導かれる。

図４は第１の実施形態に係る走査ミラー１２の具体的構成を例示する図である。本例の走査ミラー１２は半導体プロセスにより製造されるＭＥＭＳミラーであり、ミラー３５１、蛇行状梁部３５２、枠部材３５３、及び圧電部材３５４を含む。ミラー３５１は光源部１１から射出されたレーザ光をスクリーン１３側に反射する反射面を有する。ミラー３５１を挟んで一対の蛇行状梁部３５２が形成されている。蛇行状梁部３５２は複数の折り返し部を有し、折り返し部は交互に配置される第１の梁部３５２ａと第２の梁部３５２ｂとから構成されている。蛇行状梁部３５２は枠部材３５３に支持されている。圧電部材３５４は隣接する第１の梁部３５２ａと第２の梁部３５２ｂとを接続するように配置されている。圧電部材３５４は第１の梁部３５２ａと第２の梁部３５２ｂとに異なる電圧を印加し、各梁部３５２ａ，３５２ｂに反りを発生させる。これにより、隣接する梁部３５２ａ，３５２ｂが異なる方向に撓む。撓みが累積されることにより、ミラー３５１は左右方向の軸を中心として垂直方向に回転する。このような構成により、垂直方向への光走査が低電圧で可能となる。上下方向の軸を中心とした水平方向の光走査はミラー３５１に接続されたトーションバー等を利用した共振により行われる。

図５は第１の実施形態に係るスクリーン１３の具体的構成を例示する図である。本例のスクリーン１３は六角形状を有する複数のマイクロレンズ３７１が隙間なく配列されたマイクロレンズアレイ構造を有している。スクリーン１３は走査ミラー１２から照射されたレーザ光を所定の発散角で発散させる。マイクロレンズ３７１の幅（対向する２辺間の距離）は２００μｍ程度であり得る。マイクロレンズ３７１の形状を六角形とすることにより、複数のマイクロレンズ３７１を高密度で配列することができる。なお、マイクロレンズ３７１の形状は六角形に限られるものではなく、例えば四角形、三角形等であってもよい。また、本例においては複数のマイクロレンズ３７１が規則正しく配列された構造を例示しているが、マイクロレンズ３７１の配列はこれに限られるものではなく、例えば各マイクロレンズ３７１の中心を互いに偏心させ、不規則な配列としてもよい。このように偏心させた配列を採用する場合、各マイクロレンズ３７１は互いに異なる形状となる。

図６は第１の実施形態に係る表示装置１の機能的構成を例示するブロック図である。本例の表示装置１は車両情報入力部５０１、外部情報入力部５０２、虚像情報入力部５０３（入力部）、画像生成部５０４、及び画像表示部５０５を含む。画像表示部５０５は制御部５１１、補正部５１２、中間像形成部５１５、及び投射部５１６を含む。補正部５１２は記憶部５１３を含む。記憶部５１３は補正情報５２１を記憶する。中間像形成部５１５は光源部１１及び走査ミラー１２を含む。投射部５１６は凹面ミラー１４を含む。

車両情報入力部５０１はＣＡＮ等から自動車の情報（速度、走行距離等の情報）を入力する機能部である。車両情報入力部５０１はＩ／Ｆ１０５、ＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３に記憶されたプログラム等により構成される。

外部情報入力部５０２は外部ネットワークから自動車外部の情報（ＧＰＳからの位置情報、ナビゲーションシステムからの経路情報、交通情報等）を入力する機能部である。外部情報入力部５０２はＩ／Ｆ１０５、ＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３に記憶されたプログラム等により構成される。

虚像情報入力部５０３は虚像２５の表示状態を示す虚像情報を入力する機能部である。虚像情報は、虚像２５の傾き、歪、水平角ずれ等の不具合に関する情報を含む。虚像情報の入力方法は特に限定されるべきものではない。例えば、表示装置１の製造工程において生成された情報が入力されてもよいし、表示装置１を機器（本実施形態では自動車）に組み付ける際の組付け工程において生成された情報が入力されてもよいし、表示装置１を使用する観察者１０により行われた操作部への操作に基づいて生成された情報が入力されてもよい。虚像情報入力部５０３はＩ／Ｆ１０５、ＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３に記憶されたプログラム等により構成される。

画像生成部５０４は車両情報入力部５０１及び外部情報入力部５０２により入力された情報に基づいて、虚像２５及び中間像の構成を決定し、虚像２５及び中間像を表示するための表示情報を生成する機能部である。画像生成部５０４はＩ／Ｆ１０５、ＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３に記憶されたプログラム等により構成される。

画像表示部５０５は画像生成部５０４により生成された表示情報に基づいて、スクリーン１３に中間像を形成し、中間像を構成した光をフロントガラス１５に向けて投射して虚像２５を表示させる機能部である。画像表示部５０５はＣＰＵ１０２、ＦＰＧＡ１０１、ＲＯＭ１０３、ＲＡＭ１０４、ＬＤ１０９、ＬＤドライバ１１０、ＭＥＭＳ１１１、ＭＥＭＳコントローラ１１２、モータ１１３、モータドライバ１１４等により構成される。画像形成部５０５は、光源部１１及び走査ミラー１２を含む中間像形成部５１５によりスクリーン１３に中間像を形成し、中間像を構成した光を、凹面ミラー１４を含む投射部５１６により透過反射部材（フロントガラス１５等）に投射させることにより、観察者１０に虚像２５を視認させる。

画像表示部５０５は制御部５１１を含む。制御部５１１は中間像を形成するために、光源部１１及び走査ミラー１２の動作を制御する制御信号を生成する。また、制御部５１１は虚像２５を所定の位置に表示するために、凹面ミラー１４の動作を制御する制御信号を生成する。

画像表示部５０５は補正部５１２を更に含む。補正部５１２は虚像情報入力部５０３により入力された虚像情報に基づいて、虚像２５の不具合を補正するための処理をおこなう。虚像２５の不具合の種類は特に限定されるべきものではないが、例えば虚像２５の傾き、歪、水平角ずれ（虚像２５の重畳位置の左右方向のずれ）、鉛直角ずれ（虚像２５の重畳位置の上下方向のずれ）等であり得る。補正部５１２は虚像２５の不具合を補正するために、中間像をスクリーン１３内で回転、移動等させるための処理を行う。補正部５１２による補正処理については後に詳述する。また、補正部５１２は補正情報５２１を記憶する記憶部５１３を含む。補正情報５２１とは、虚像情報入力部５０３により入力された虚像情報に基づいて生成され、中間像を回転、移動等させるために利用される情報である。補正情報５２１は、例えば、中間像形成部の制御内容（光源部１１による発光タイミング、走査ミラー１２の動作等）を通常の状態から変化させるための情報等であり得る。虚像２５の不具合は表示装置１、機器、又は観察者１０の個体差により変化するものであるから、補正情報５２１は表示装置１の使用状況に応じて変化する情報である。補正部５１２は記憶部５１３に記憶された補正情報５２１に基づいて、表示装置１の使用状況に応じた固有の補正処理を行う。

図７は第１の実施形態に係る中間像２１と虚像２５との関係を例示する図である。中間像２１を形成するスクリーン１３から射出された光が凹面ミラー１４により反射され、ダッシュボードの上部に形成された開口部を通してフロントガラス１５に照射されることにより、観察者１０に虚像２５が視認可能となる。凹面ミラー１４は回転軸１７を中心として回転可能に設置されている。凹面ミラー１４が回転することにより、スクリーン１３から射出された光の反射角度が変化し、虚像２５の位置が上下方向に変化する。このように凹面ミラー１４の角度を調整することにより、虚像２５の鉛直角ずれを補正することができる。

本例に係る回転軸１７はフロントガラス１５の湾曲形状による虚像２５の変化を相殺するように、Ｘ軸（自動車の左右方向の軸）又は虚像２５の水平方向軸２６に対して傾斜している。また、凹面ミラー１４に投射される中間像２１もＸ軸又は水平方向軸２６に対して傾斜している。

図８は第１の実施形態に係る虚像２５の傾き及び歪を例示する図である。図中左側には、理想的な状態６０１における中間像２１及び虚像２５が示されている。図中右側には、非理想的な状態６０２における中間像２１及び虚像２５が示されている。本例においては、理想的な状態６０１における虚像２５は長方形をなしている。これに対し、非理想的な状態６０２における虚像２５は、傾き又は歪が生じた状態にあり、長方形が上下方向及び左右方向に非対象に拡張又は縮小された形状をなしている。両状態６０１，６０２において中間像２１の表示状態は一致している。このように、中間像２１の表示状態を一定に保っても、虚像２５が非理想的な状態６０２に示すような不具合のある状態となる場合がある。

虚像２５が不具合のある状態となる要因としては様々なものが考えられるが、例えば、表示装置１の製造工程、表示装置１を機器（本実施形態では自動車）に組み付ける組付け工程、観察者１０の視点位置等における誤差が考えられる。製造工程は、例えば、表示装置１を構成する少なくとも１つの構成要素の搬入、表示装置１の組み立て、組み立てられた表示装置１の検品、表示装置１の出荷等を含む工程である。組付け工程は、例えば、出荷された（検品済みの）表示装置１の搬入、搬入された表示装置１の機器への組み付け、機器に組付けられた状態での表示装置１の検品、機器の出荷等を含む工程である。

図９は第１の実施形態に係る虚像２５の傾き又は歪の算出法を説明するための図である。ここでは、虚像２５の長手方向の辺８１，８２の傾き及び歪について説明するが、短手方向の辺８５，８６についても同様の算出法が適用され得る。図中、Ｗｘは虚像２５の長手方向の幅であり、Ｗｙは虚像２５の短手方向の幅である。ΔＷ１ｙは虚像２５の短手方向の辺８５，８６の上部の幅の変化量であり、ΔＷ２ｙは虚像２５の短手方向の辺８５，８６の下部の幅の変化量である。

長手方向の上部の辺８１の傾きをθ１、長手方向の下部の辺８２の傾きをθ２とするとき、θ１＝ａｒｃｔａｎ（ΔＷ１ｙ／Ｗｘ）、及びθ２＝ａｒｃｔａｎ（ΔＷ２ｙ／Ｗｘ）と表すことができる。θ１及びθ２は、製造工程、組付け工程、視点位置等の条件に応じて、互いに異なる値となり得る。例えば、θ１及びθ２のうち大きい方の値、θ１及びθ２の平均値等を虚像２５全体の傾きとして扱うことができる。

また、虚像２５の上部の歪をＤ１、虚像２５の下部の歪をＤ２とするとき、Ｄ１＝（ΔＷ１ｙ／Ｗｙ）×１００、及びＤ２＝（ΔＷ２ｙ／Ｗｙ）×１００と表すことができる。Ｄ１及びＤ２は、θ１及びθ２と同様に、製造工程、組付け工程、視点位置等の条件に応じて、互いに異なる値となり得る。例えば、Ｄ１及びＤ２のうち大きい方の値、Ｄ１及びＤ２の平均値等を虚像２５全体の歪として扱うことができる。

なお、上記においては、虚像２５の四隅における傾き及び歪について言及したが、これは虚像２５の視認性を評価するためのポイントの例示であり、視認性を評価するためのポイントは上記例に限られるものではない。虚像２５の視認性は上記以外のポイントから評価されてもよい。

図１０は第１の実施形態の第１の例に係る傾き及び歪の補正方法を例示する図である。図中、点線は補正前の中間像２１及び補正前の虚像２５を示し、実線は補正後の中間像２１及び補正後の虚像２５を示している。補正前の虚像２５には傾き及び歪が発生している。補正後の虚像２５は理想的な長方形となっている。

本例においては、虚像２５の傾き及び歪が小さくなるように中間像２１を回転させる。本例においては、補正前の中間像２１を、回転中心２９を通り中間像２１の面に対して垂直な軸を回転軸として矢印の方向に回転させ、補正後の中間像２１の位置に変位させる。これにより、補正前の虚像２５の傾き及び歪が補正され、補正後の虚像２５又はこれに近い虚像２５が視認されるようになる。

回転中心２９は中間像２１の中心であることが好ましい。これは、虚像２５の中心位置と視点位置からの俯角とが変化しないように虚像２５を回転させることにより、補正時に観察者１０が感じる違和感やストレスを低減させることが可能となるからである。また、虚像２５の回転面はスクリーン１３に入射する光の進行方向に直交する面であることが好ましい。これは、中間像２１の回転量を効率的に虚像２５の回転に反映させるためである。また、表示装置１の備える各部品のばらつきを考慮すると、中間像２１の回転範囲は±６．０ｄｅｇ程度であることが好ましい。このような回転範囲を確保することにより、製造工程、組付け工程、視点位置等の誤差により生じるほとんど全ての傾き及び歪に対処することが可能となる。

なお、回転中心２９及び回転面は上記に限定されるものではない。例えば、回転中心２９はスクリーン１３の面内又は面外の任意の場所であってもよい。回転面はスクリーン１３に入射する光の進行方向に対して直角以外の角度を成す面であってもよい。また、スクリーン１３は平面に限定されるものではなく、曲面を含んでもよい。

中間像２１を回転させる方法は大きく２種類に分けられる。１つめの方法は、中間像２１を形成する物理的機構を回転させる方法である。例えば、中間像形成部を構成する光源部１１、走査ミラー１２、スクリーン１３等のデバイスを機械的に回転させる方法である。しかしながら、このような方法によると、作業負荷の増大、装置の大型化、コストアップ等の問題が大きい。

２つめの方法は、スクリーン１３内で中間像２１のみを回転させる方法である。例えば、制御部５１１（図６参照）により光源部１１の発光タイミング、走査ミラー１２の動作等を制御することにより、中間像２１のみを回転させることができる。このような方法によれば、作業負荷の増大、装置の大型化、コストアップ等を招くことなく、あらゆる要素（製造工程、組付け工程、視点位置等）に対応して傾き及び歪を簡便に補正することが可能となる。制御部５１１による制御は、例えば次のようなアルゴリズムに基づいて行われる。スクリーン１３に形成される中間像２１の全部又は一部について、画素を線形に移動させる多項式を基準位置からのずれ量に基づいて導出し、導出された多項式を用いて、画素を目標とする基準位置へ移動させる幾何学変換を行う。これにより、基準位置からずれた中間像２１の全部又は一部を基準位置に回転させることができる。

図１１は第１の実施形態に係る補正処理のアルゴリズムを例示するフローチャートである。制御部５１１は、まず、目標とする基準位置からの虚像２５の傾き及び歪量を取得する（Ｓ１）。次に、制御部５１１は取得された傾き及び歪量に基づいて、スクリーン１３に形成される中間像２１を構成する画素の補正量を導出し、当該補正量を元に画素を線形に移動させる多項式を導出する（Ｓ２）。そして、制御部５１１は導出された多項式を用いて、光源部１１による発光を制御することで、画素を基準位置へ移動させる幾何学変換を行う（Ｓ３）。なお、目的を達成できれば、本例に限ることはない。例えば、本例では、目標とする基準位置から虚像２５の傾きや歪量を取得することとしたが、傾きや歪量がおおよそ経験則で定められる値であるとしても良い。

図１２は第１の実施形態の第２の例に係る傾き及び歪の補正方法を例示する図である。本例に係る補正方法においては、中間像２１を回転させる際に、長手方向の辺７１，７２のみを回転させる。このとき、短手方向の辺７５，７６は回転せずに平行移動する。回転中心２９は、任意の場所にとって良い。このような補正方法であっても、虚像２５の傾き及び歪を軽減させることができる。すなわち、短手方向の辺８５，８６に対して、長手方向の辺８１，８２が大きく補正され、虚像２５の傾き及び歪が適切に補正されることとなる。このような補正方法によれば、図１０に示す第１の例のように中間像２１全体を回転させる場合よりも、スクリーン１３の有効径を小さくすることができ、スクリーン１３の小型化を図ることができる。なお、本例に係る補正方法は、第１の例に係る補正方法と同様のアルゴリズム（図１１に例示したアルゴリズム）を利用して長手方向の辺７１，７２のみを回転させるための多項式を導出することにより行うことができる。

虚像２５の傾き及び歪は、長手方向（Ｘ軸方向）の要素と短手方向（Ｙ軸方向）の要素とに分解される。長手方向に関する傾きは、虚像２５の長手方向の位置変化から算出され、短手方向を傾けた形で表現される。すなわち、図９から理解されるとおり、長手方向に関する傾きは、虚像２５の長手方向の辺８１，８２上に短手方向（Ｙ軸方向）に延びる線分を形成しようとした際の、短手方向軸（Ｙ軸）からの傾き量から算出される。同様に、短手方向に関する傾きは、虚像２５の短手方向の位置変化から算出され、長手方向を傾けた形で表現される。すなわち、図９から理解されるとおり、短手方向に関する傾きは、虚像２５の短手方向の辺８５，８６上に長手方向（Ｘ軸方向）に延びる線分を形成しようとした際の、長手方向軸（Ｘ軸）からの傾き量から算出される。また、長手方向に関する歪は、虚像２５の長手方向の位置変化から算出され、変化量を長手方向の画像幅で除した値をパーセンテージによって表現した値となる。同様に、短手方向に関する歪は、虚像２５の短手方向の位置変化から算出され、変化量を短手方向の画像幅で除した値をパーセンテージによって表現した値となる。長手方向の傾き及び歪は虚像２５内に表現される縦線に関する傾き及び歪を表現し、短手方向の傾き及び歪は虚像２５内に表現される横線に関する傾き及び歪を表現する。

ここで、フロントガラス１５は虚像２５の傾き及び歪の発生要因として主要なものであると言える。なぜなら、表示装置１は光学技術製品であり、高い精度で加工された光学部品を用いて構成されるのに対し、フロントガラス１５はそのような光学部品に比べて加工精度が低く、車体への実装時に位置ずれが生じる可能性が比較的大きいからである。そのため、フロントガラス１５に起因する誤差は表示装置１自体に起因する誤差より大きくなりやすい。特に、フロントガラス１５を車体に実装する際には、フロントガラス１５の重量方向の倒れ成分の誤差が大きくなりやすい。また、フロントガラス１５は湾曲した形状を有していることも誤差が生じやすい理由の一つである。これらの理由から、虚像２５に発生する傾き及び歪は主に短手方向（Ｙ軸方向）に関するものであり、長手方向（Ｘ軸方向）に関する傾き及び歪は比較的小さくなる。そのため、図１２に示す第２の例のように、中間像２１の長手方向の辺７１，７２のみを回転させる補正方法により、虚像２５の傾き及び歪を実質的に十分補正することができる。このように短手方向の辺７５，７６を回転させない補正方法によれば、中間像２１が形成されるスクリーン１３の有効径を過度に大きくする必要がなくなり、装置の大型化を避けることができる。

上記のように、第１の実施形態によれば、中間像２１を回転させることにより虚像２５の傾き及び歪が補正される。これにより、例えば、表示装置１の製造工程において表示装置１の製造誤差を吸収するように補正を行うことが可能となる。また、表示装置１を自動車等の機器に組み付ける組付け工程において、表示装置１の組付け誤差（例えばフロントガラス１５の湾曲形状の誤差、フロントガラス１５の設置角度の誤差等）を吸収するように補正を行うことが可能となる。また、観察者１０による表示装置１の使用時において、観察者１０の視点位置の誤差を吸収するように補正を行うことが可能となる。これにより、作業負担の増大、装置の大型化、コストアップ等を招くことなく、あらゆる要素に起因する虚像の不具合を簡便に補正することが可能となる。

（第２の実施形態）
以下に、他の実施形態について説明する。図１３は第２の実施形態に係る虚像２５の水平角ずれを例示する図である。本実施形態に係る表示装置１は、このような虚像２５の水平角ずれの補正を可能にするものである。図中左側には、理想的な状態６５１における中間像２１及び虚像２５が示されている。図中右側には、非理想的な状態６５２における中間像２１及び虚像２５が示されている。理想的な状態６５１においては、虚像２５内の表示情報９５が、フロントガラス１５を通して視認される重畳対象物９１に適切に重畳するように表示されている。一方、非理想的な状態６５２においては、表示情報９５が重畳対象物９１から水平角方向（Ｙ軸方向）にずれ量Ｄだけずれた状態で表示されている。

製造工程、組付け工程、視点位置等が理想的な条件を満たすときには、状態６５１に示すように、虚像２５内の所定の表示情報９５は重畳対象物９１に適切に重畳されて表示される。一方、製造工程、組付け工程、視点位置等に誤差が生じると、状態６５２に示すように、表示情報９５が重畳対象物９１から水平角方向にずれて表示される場合がある。

図１４は第２の実施形態に係る水平角ずれの補正方法を例示する図である。図中、点線は補正前の中間像２１及び補正前の虚像２５を示し、実線は補正後の中間像２１及び補正後の虚像２５を示している。補正前の虚像２５においては、表示情報９５の位置が重畳対象物９１の位置からずれ量Ｄだけずれている。補正後の虚像２５においては、表示情報９５の位置と重畳対象物９１の位置とが一致している。

本実施形態においては、虚像２５のずれ量Ｄが小さくなるように中間像２１を移動させる。図１４に示す例においては、補正前の中間像２１を矢印の方向に平行移動させる。これに伴い、破線で示す補正前の虚像２５が実線で示す補正後の（理想的な）虚像２５に近づいていく。これにより、虚像２５の水平角ずれは補正され、表示情報９５は重畳対象物９１に適切に重畳するように表示されるようになる。

中間像２１の移動方向はスクリーン１３（中間像２１）の長手方向に沿った方向であることが好ましい。これは、虚像２５を効率的に長手方向に移動させるためである。表示装置１の備える各部品のばらつきを考慮すると、中間像２１の移動距離は±５．０ｍｍ程度であることが好ましい。このような移動範囲を確保することにより、実質的な誤差（製造工程、組付け工程、視点位置等の誤差）によるほとんどの水平角ずれに対処することが可能となる。なお、中間像２１の移動方向は上記に限られるものではなく、長手方向成分を含む方向であればよい。また、スクリーン１３は平面に限定されるものではなく、曲面を含んでもよい。

中間像２１を移動させる方法としては、上述したように、中間像形成部を機械的に移動させる方法と、スクリーン１３内で中間像２１のみを移動させる方法とがある。中間像形成部を機械的に移動させる方法は作業負担の増大、装置の大型化、コストアップ等の問題が大きいため、スクリーン１３内で中間像２１のみを移動させる方法が採用されるべきである。

例えば、制御部５１１（図６参照）により光源部１１による発光タイミング、走査ミラー１２の動作等を制御することにより、スクリーン１３内で中間像２１のみを移動させることができる。制御部５１１による制御は、第１の実施形態と同様に、例えば下記のようなアルゴリズムに基づいて行われる。スクリーン１３に形成される中間像２１の全部又は一部について、画素を線形に移動させる多項式を基準位置からのずれ量に基づいて導出し、導出された多項式を用いて、画素を目標とする基準位置へ移動させる幾何学変換を行う。これにより、基準位置からずれた中間像２１の全部又は一部を基準位置に移動させることができる。

図１５は第２の実施形態に係る補正処理のアルゴリズムを例示するフローチャートである。制御部５１１は、まず、目標とする基準位置からの虚像２５の水平角ずれ量を取得する（Ｓ１１）。次に、制御部５１１は取得された水平角ずれ量に基づいて、スクリーン１３に形成される中間像２１を構成する画素の補正量を導出し、当該補正量を元に画素を線形に移動させる多項式を導出する（Ｓ１２）。そして、制御部５１１は導出された多項式を用いて、光源部１１による発光を制御することで、画素を基準位置へ移動させる幾何学変換を行う（Ｓ１３）。なお、目的を達成できれば、本例に限ることはない。例えば、本例では、目標とする基準位置から虚像２５の水平角ずれ量を取得することとしたが、水平角ずれ量がおおよそ経験則で定められる値であるとしても良い。

また、上記のような中間像２１の移動は虚像２５内の特定の表示情報９５のみに対して行われてもよい。例えば、虚像２５内に存在する複数の表示情報９５のうち、重畳対象物９１に重畳する表示情報９５のみを平行移動させてもよい。

上記のように、第２の実施形態によれば、中間像２１を移動させることにより虚像２５の水平角ずれが補正される。これにより、作業負担の増大、装置の大型化、コストアップ等を招くことなく、あらゆる要素に起因する虚像の不具合を簡便に補正することが可能となる。

（第３の実施形態）
本実施形態に係る表示装置は、第１の実施形態で述べた補正手段（虚像２５の高さ調整、及び傾きや歪に関する不具合を補正する手段）及び第２の実施形態で述べた補正手段（虚像２５の水平角ずれに関する不具合を補正する手段）を共に備えるものである。実際に表示装置１が自動車等に組み付けられた完成した製品が投影する虚像２５には、傾きや歪、高さずれ、水平角ずれ等が複合して発生する。こうして発生した複数の要素が混合する不具合に対して、第１の実施形態で述べた補正手段のみ、又は第２の実施形態で述べた補正手段のみで対応することは難しい。そのため、先に述べた不具合成分の一部が残されてしまう場合がある。

そこで、第１の実施形態で述べた補正手段及び第２の実施形態で述べた補正手段を共に備えることで、不具合のより小さな表示装置１を提供することができる。

以下に、上記のような表示装置１を用いて虚像２５の不具合を補正する補正処理が行われる環境を例示する。

（第４の実施形態）
図１６は第４の実施形態に係る補正処理の実施環境を例示する図である。本実施形態は、表示装置１の製造又は組付けを行う施設７０１内で行われる補正処理を例示している。施設７０１には、表示装置１自体を製造する製造工程を行う工場、完成した表示装置１を自動車等の機器に組み付ける組付け工程を行う工場等が含まれる。本実施形態に係る補正処理は、例えば、表示装置１を製造した後（表示装置１の出荷前）に行われる検品時、出荷された（検品済みの）表示装置１を機器に組み付けた後（機器の出荷前）に行われる検品時等に実施され得るものである。

本例に係る施設７０１は虚像情報生成部５３１を備えている。虚像情報生成部５３１は、検査対象となる表示装置１が表示する虚像２５を補正するために利用される虚像情報を生成する機能部である。虚像情報生成部５３１は、施設７０１に備えられ作業員等により操作される情報処理装置、撮像装置等を利用して構成され得る。生成された虚像情報は表示装置１の虚像情報入力部５０３に入力される。表示装置１の補正部５１２は入力された虚像情報に基づいて虚像２５を補正するための処理を行う。

本実施形態に係る虚像情報生成部５３１は誤差情報取得部５４１及び操作情報取得部５４２を含む。誤差情報取得部５４１は検査対象となる虚像２５と理想的な形状を有する理想虚像７１５との間の形状の差を示す誤差情報を取得する機能部である。誤差情報には、例えば、虚像２５の傾き（θ１及びθ２のうち大きい方の値、θ１及びθ２の平均値等）、歪（Ｄ１及びＤ２のうち大きい方の値、θ１及びθ２の平均値等）、水平角ずれ（ずれ量Ｄ等）等が含まれてもよい。誤差情報の取得方法は特に限定されるべきものではないが、例えば検査対象となる表示装置１の虚像２５を検査用のスクリーン７１１に表示させ、所定の情報処理装置を用いてスクリーン７１１上で虚像２５と理想虚像７１５との間の形状の差を検出し、検出結果を数値化したデータを生成する方法等が考えられる。このような誤差情報の取得方法は、所定のプログラムにより制御される情報処理装置、撮像装置等を利用することにより自動化され得るものである。

操作情報取得部５４２は所定の情報処理装置７２１を用いて作業員が入力した情報を取得する機能部である。これにより、作業員が手入力した任意の情報（例えば、虚像２５を目視することにより得られた情報等）を虚像情報として扱うことができる。補正部５１２はこのようにして得られた虚像情報に基づいて、虚像２５の不具合を補正するように中間像２１を回転させる。

上記本実施形態に係る補正処理によれば、表示装置１の検品時、表示装置１が組み付けられた機器の検品時等において、製造工程又は組付け工程の誤差による虚像２５の不具合を補正することが可能となる。これにより、表示装置１又は機器（自動車等）に固有の誤差を吸収し、虚像２５の画質を向上させることが可能となる。

（第５の実施形態）
図１７は第５の実施形態に係る補正処理の実施環境を例示する図である。本実施形態に係る表示装置８０１は、図６に示す表示装置１の構成に加え、虚像情報生成部８１１を含んでいる。本実施形態は観察者１０による表示装置８０１の使用時における補正処理を例示している。

本実施形態に係る虚像情報生成部８１１は誤差情報取得部８２１及び操作情報取得部８２２を含む。誤差情報取得部８２１は、図１６に示す第４の実施形態に係る誤差情報取得部５４１と同様に、検査対象となる虚像２５と理想虚像７１５との間の形状の差を示す誤差情報を取得する機能部である。本実施形態に係る誤差情報取得部８２１は、虚像２５と理想虚像７１５との間の形状の差をフロントガラス１５上で検出し、検出された情報を誤差情報として扱う。このような誤差情報の取得方法は、ＲＯＭ１０３に記憶された所定のプログラムにより制御されるＣＰＵ１０２等の処理により自動化され得るものである。

本実施形態に係る操作情報取得部８２２は、機器に備えられた所定の操作ユニット（例えば自動車のハンドル６１に備えられたスイッチ８３１等）を用いて観察者１０が入力した情報を取得する機能部である。これにより、観察者１０が手入力した任意の情報（例えば、虚像２５の傾き、歪、又は水平角ずれの修正方向を示す操作情報等）を虚像情報として扱うことができる。補正部５１２はこのようにして得られた虚像情報に基づいて、虚像２５の不具合を補正するように中間像２１を回転させる。

上記本実施形態に係る補正処理によれば、表示装置８０１の使用時において、観察者１０の視点位置等に起因する虚像２５の不具合を補正することが可能となる。これにより、観察者１０毎に異なる視点位置等の差を吸収し、虚像２５の画質を向上させることが可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。この新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更、及び組み合わせを行うことができる。この実施形態及びその変形は発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，８０１ 表示装置
１０ 観察者
１１ 光源部
１２ 走査ミラー
１３ スクリーン
１４ 凹面ミラー
１５ フロントガラス
１７ 回転軸
２１ 中間像
２５ 虚像
２６ 水平方向軸
２９ 回転中心
６１ ハンドル
７１，７２ （長手方向の）辺
７５，７６ （短手方向の）辺
８１，８２ （長手方向の）辺
８５，８６ （短手方向の）辺
９１ 重畳対象物
９５ 表示情報
１０１ ＦＰＧＡ
１０２ ＣＰＵ
１０３ ＲＯＭ
１０４ ＲＡＭ
１０５ Ｉ／Ｆ
１０６ バスライン
１０９ ＬＤ
１１０ ＬＤドライバ
１１１ ＭＥＭＳ
１１２ ＭＥＭＳコントローラ
１１３ モータ
１１４ モータドライバ
３０１Ｒ，３０１Ｇ，３０１Ｂ 光源素子
３０２Ｒ，３０２Ｇ，３０２Ｂ カップリングレンズ
３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂ アパーチャ
３０４，３０５，３０６ 合成素子
３０７ レンズ
３５１ ミラー
３５２ 蛇行状梁部
３５２ａ 第１の梁部
３５２ｂ 第２の梁部
３５３ 枠部材
３５４ 圧電部材
３７１ マイクロレンズ
５０１ 車両情報入力部
５０２ 外部情報入力部
５０３ 虚像情報入力部
５０４ 画像生成部
５０５ 画像表示部
５１１ 制御部
５１２ 補正部
５１３ 記憶部
５２１ 補正情報
５３１，８１１ 虚像情報生成部
５４１，８２１ 誤差情報取得部
５４２，８２２ 操作情報取得部
６０１，６５１ （理想的な）状態
６０２，６５２ （非理想的な）状態
７０１ 施設
７１１ スクリーン
７１５ 理想虚像
７２１ 情報処理装置
８３１ スイッチ
Ｄ ずれ量
Ｄ１，Ｄ２ 歪
θ１，θ２ 傾き

特開２０１６―１７２５５４号公報

Claims (9)

1. スクリーンに中間像を形成する中間像形成部と、
   前記中間像を透過反射部材に向けて投射することにより虚像を表示させる投射部と、
   前記虚像に関する虚像情報を入力する入力部と、
   前記虚像情報に基づいて、前記虚像の不具合を補正するように前記中間像を前記スクリーン内で回転させる補正部と、
   を備える表示装置。
2. 前記不具合は、前記虚像の傾き又は歪であり、
   前記補正部は、矩形状の前記中間像を形成する４辺のうち長手方向の２辺のみを回転させる、
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記虚像は、前記透過反射部材を透過して視認される現実空間に重畳するように表示され、
   前記補正部は、前記虚像の重畳位置のずれを補正するように前記中間像を前記スクリーン内で移動させる、
   請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記補正部は、前記虚像の上下方向の重畳位置のずれを補正するように、前記スクリーンから射出した光を前記透過反射部材に反射させるミラーの角度を変化させる、
   請求項３に記載の表示装置。
5. 前記虚像情報は、前記虚像の実際の形状と前記虚像の理想的な形状との誤差を含む、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記補正部は、前記虚像情報に基づいて生成された補正情報に基づいて前記中間像形成部の動作を制御する、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記中間像形成部は、レーザ光を射出する光源部と、前記レーザ光を前記スクリーン上に走査させる走査部とを含み、
   前記補正部は、前記レーザ光が射出されるタイミングを制御する、
   請求項６に記載の表示装置。
8. 前記虚像を観察する観察者により操作される操作部と、
   前記操作部になされた操作に基づいて前記虚像情報を生成する虚像情報生成部と、
   を更に備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の表示装置と、前記透過反射部材とを備えることを特徴とする機器。

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