JP2020148976A - 光走査装置、表示システムおよび移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】光検知部により検知される照射光の影響を低減する光走査装置を提供すること。【解決手段】照射光を、主走査方向と、副走査方向とに走査する光偏向装置１３と、光偏向装置１３が検知領域を走査するときの照射光を検知する同期検知系６０Ａと、を備え、光偏向装置１３が検知領域６０Ａから主走査方向における端部に向けて走査する第１の照射領域６０１Ａで光源装置１１を点灯させ、光偏向装置１３が主走査方向における端部から検知領域６０Ａに向けて走査する第２の照射領域６０１Ｂで光源装置１１を点灯させるとともに、第１の照射領域６０１Ａにおける検知領域６０Ａ側の端部を検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに近づくように移動させ、第２の照射領域６０１Ｂにおける検知領域６０Ａ側の端部を検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに近づくように移動させる。【選択図】図２１

Description

本発明は、光走査装置、表示システムおよび移動体に関する。

特許文献１では、光スキャナの共振周波数が、温度変化や経年変化等の外乱によって変化することに対して、大きな偏向角を得ることと外乱に対して安定な駆動とを両立した定常駆動することが可能になる光スキャナを開示している。

本発明は、光検知部により検知される照射光の影響を低減する光走査装置、表示システム装置および移動体を提供することを目的とする。

本発明に係る光走査装置、表示システム装置および移動体は、光源から照射される照射光を、第１の走査方向と、第１の走査方向に交差する第２の走査方向とに走査する光偏向部と、光偏向部が検知領域を走査するときの照射光を検知する光検知部と、を備え、光偏向部が検知領域から前記第１の走査方向における端部に向けて走査する第１の照射領域で光源を点灯させ、記光偏向部が第１の走査方向における端部から検知領域に向けて走査する第２の照射領域で光源を点灯させるとともに、第１の照射領域における検知領域側の端部を検知領域から離れた位置から検知領域に近づくように移動させ、第２の照射領域における検知領域側の端部を検知領域から離れた位置から検知領域に近づくように移動させる。

本発明によれば、光検知部により検知される照射光の影響を低減する光走査装置、表示システムおよび移動体を提供することができる。

実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。 実施形態に係る搭載装置の構成の一例を示す図である。 実施形態に係る搭載装置の上面図である。 実施形態に係る搭載装置の側面図である。 実施形態に係る搭載装置の側断面図である。 実施形態に係る搭載装置の上断面図である。 実施形態に係る表示装置の構成の一例を示す図である。 実施形態に係る表示装置に対するスクリーンユニットの着脱を示す図である。 実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。 実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示す図である。 実施形態に係る光源装置の具体的構成の一例を示す図である。 実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。 実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。 マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。 光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。 二次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。 スクリーンユニット３００を光路の上流側から見た平面図である。 ミラーの駆動周波数差に対する位相差の関係を示す図である。 本実施形態におけるミラーの駆動周波数差の影響について説明する図である。 比較例における位相差を補正する方法を説明する図である。 本実施形態における位相差を補正する方法を説明する図である。 本実施形態における制御部１７５の処理を示すフローチャートである。 本実施形態における照射領域の移動方法を説明する図である。 図２１に示した位相差を補正する方法の変形例を説明する図である。 図２１に示した変形例に対応する制御部１７５の処理を示すフローチャートである。 本実施形態における照射領域の設定方法を説明する図である。 図２１に示した位相差を補正する方法の第２の変形例を説明する図である。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

●実施形態●
●システム構成
図１は、実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。

表示システム１は、投射装置の一例としての搭載装置１００から投射される投射光を、透過反射部材に投射させることによって観察者３に表示画像を視認させる。表示画像は、観察者３の視界に虚像４５として重畳して表示する画像である。表示システム１は、例えば、車両、航空機もしくは船舶等の移動体、または操縦シミュレーションシステムもしくはホームシアターシステム等の非移動体に備えられる。本実施形態は、表示システム１が、移動体１Ａの一例である自動車に備えられた場合について説明する。なお、表示システム１の使用形態は、これに限られるものではない。以降、移動体１Ａの進行方向をＸ、左右方向をＹ、上下方向をＺとして座標軸を定める。

表示システム１は、例えば、フロントガラス５０を介して車両の操縦に必要なナビゲーション情報（例えば車両の速度、進路情報、目的地までの距離、現在地名称、車両前方における物体（対象物）の有無や位置、制限速度等の標識、渋滞情報等の情報等）を、観察者３（運転者）に視認させる。この場合、フロントガラス５０は、入射された光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる透過反射部材として機能する。観察者３の視点位置からフロントガラス５０までの距離は、数十ｃｍ〜１ｍ程度である。なお、小型で透明なプラスチックディスク等で形成されたコンバイナを、フロントガラス５０の代わりに、透過反射部材として使用してもよい。

搭載装置１００は、例えば、ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）である。搭載装置１００は、自動車のインテリアデザインに準拠して任意の位置に配置され、例えば、自動車のダッシュボードの下方に配置されてもよく、ダッシュボード２内に埋め込まれていてもよい。本実施形態は、搭載装置１００が、ダッシュボード２内に搭載された場合について説明する。

図２は、実施形態に係る搭載装置１００の構成の一例を示す図である。搭載装置１００は、光走査装置の一例としての表示装置１０、自由曲面ミラー３０およびフロントガラス５０を備える。

表示装置１０は、光源装置１１、光偏向装置（光偏向部）１３、スクリーン１５を備える。光源装置１１は、光源から射出されたレーザ光を、装置外部へ照射するデバイスである。光源装置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。光源装置１１から射出されたレーザ光は、光偏向装置１３の反射面に導かれる。光源装置１１は、光源として、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子を有する。なお、光源は、これに限られず、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子を有してもよい。

光偏向装置１３は、光源装置１１から照射される照射光を入射して、画像を形成する画像光を出射する画像形成部の一例であり、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。光偏向装置１３は、例えば、直交する２軸に対して揺動する単一の微小なＭＥＭＳミラー、または１軸に対して揺動もしくは回転する２つのＭＥＭＳミラーからなるミラー系等の走査手段を利用して構成される。光偏向装置１３から射出されたレーザ光は、スクリーン１５に走査される。なお、光偏向装置１３は、ＭＥＭＳミラーに限られず、ポリゴンミラー等を用いて構成されてもよい。

スクリーン１５は、光偏向装置１３から出射される画像光を結像して画像が形成されるスクリーンの一例であり、レーザ光を所定の発散角で発散させる機能を有する発散部材である。スクリーン１５は、例えば、ＥＰＥ（Ｅｘｉｔ Ｐｕｐｉｌ Ｅｘｐａｎｄｅｒ）の形態として、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）または拡散板等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子によって構成される。なお、スクリーン１５は、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の光学素子によって構成されてもよい。スクリーン１５は、光偏向装置１３から射出されたレーザ光がスクリーン１５上に走査されることによって、スクリーン１５上に二次元像である中間像４０を形成する。

ここで、表示装置１０の投射方式は、液晶パネル、ＤＭＤパネル（デジタルミラーデバイスパネル）または蛍光表示管（ＶＦＤ）等イメージングデバイスで中間像４０を形成する「パネル方式」と、光源装置１１から射出されたレーザ光を走査手段で走査して中間像４０を形成する「レーザ走査方式」がある。

本実施形態に係る表示装置１０は、後者の「レーザ走査方式」を採用する。「レーザ走査方式」は、各画素に対して発光または非発光を割り当てることができるため、一般に高コントラストの画像を形成することができる。なお、表示装置１０は、投射方式として「パネル方式」を用いてもよい。

スクリーン１５から射出されたレーザ光（光束）によって、自由曲面ミラー３０およびフロントガラス５０に投射された虚像４５は、中間像４０から拡大されて表示される。自由曲面ミラー３０は、フロントガラス５０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および配置されている。自由曲面ミラー３０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、自由曲面ミラー３０は、スクリーン１５から射出されたレーザ光（光束）の反射方向を調整し、虚像４５の表示位置を変化させることができる。

ここでは、自由曲面ミラー３０は、虚像４５の結像位置が所望の位置になるように、一定の集光パワーを有するように既存の光学設計シミュレーションソフトを用いて設計されている。表示装置１０は、虚像４５が観察者３の視点位置から例えば１ｍ以上かつ３０ｍ以下（好ましくは１０ｍ以下）の位置（奥行位置）に表示されるように、自由曲面ミラー３０の集光パワーを設定する。なお、自由曲面ミラー３０は、凹面ミラーやその他集光パワーを有する素子であってもよい。自由曲面ミラー３０は、結像光学系の一例である。

フロントガラス５０は、レーザ光（光束）の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる機能（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５０は、観察者３に前方の景色および虚像４５を視認させる半透過鏡として機能する。虚像４５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３に視認させるための画像情報である。なお、透過反射部材は、フロントガラス５０とは別途設けられたフロントウインドシールド等であってもよい。フロントガラス５０は、反射部材の一例である。

虚像４５は、フロントガラス５０の前方の景色と重畳するように表示されてもよい。また、フロントガラス５０は、平面でなく、湾曲している。そのため、虚像４５の結像位置は、自由曲面ミラー３０とフロントガラス５０の曲面によって決定される。なお、フロントガラス５０は、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。

このような構成により、スクリーン１５から射出されたレーザ光（光束）は、自由曲面ミラー３０に向けて投射され、フロントガラス５０によって反射される。観察者３は、フロントガラス５０で反射された光によって、スクリーン１５に形成された中間像４０が拡大された虚像４５を視認することができるようになる。

図３は、搭載装置１００の上面図である。この図３に示すように、搭載装置１００は、右側面部及び左側面部に、それぞれ２つずつ、搭載装置１００を移動体１Ａに取り付けるための取り付け部４１ａ〜４１ｄが設けられている。各取り付け部４１ａ〜４１ｄには、それぞれネジ孔が設けられており、このネジ孔を介して、搭載装置１００が移動体１Ａに取り付けられるようになっている。

図４は、移動体１Ａに取り付けられた搭載装置１００を右側から見た側面図である。移動体１Ａは、インストルメントパネル２に溶着又は締結された取り付けブラケット４２と、クロスカービーム４３に溶着又は締結された取り付けブラケット４４を有している。取り付けブラケット４２及び取り付けブラケット４４は、設置部の一例である。搭載装置１００は、取り付け部４１ａ、４１ｃを取り付けブラケット４２にネジ等で締結すると共に、取り付け部４１ｂ、４１ｄを取り付けブラケット４４にネジ等で締結することで、移動体１Ａに取り付けられている。

図５は、搭載装置１００を右方向（Ｙ方向右側）から見た側断面図である。図６は、搭載装置１００の上方向（Ｚ方向）から見た上断面図である。図５、図６は、搭載装置１００内部の具体的な配置を示す。

搭載装置１００は、図２で説明した表示装置１０、自由曲面ミラー３０以外に、表示装置１０から投射されるレーザ光を自由曲面ミラー３０に向けて反射する折り返しミラー２５を筐体１０２内に収納する。筐体１０２は、自由曲面ミラー３０で反射された反射光を透過させてフロントガラス５０に投射する透過部材の一例としての出射窓１０４を備える。表示装置１０およびスクリーン１５は、右方向（Ｙ方向右側）にレーザ光が投射されるように配置されている。

図７は、表示装置１０の構成の一例を示す図である。表示装置１０は、図２で説明した光源装置１１、光偏向装置１３、スクリーン１５以外に、光源装置１１から出射されるレーザ光を光変調するフィルタ３０７と、フィルタ３０７で光変調された変調光を光偏向装置１３に向けて集光する集光レンズ４１０と、光偏向装置１３で偏向された偏向光を反射するミラー４０１と、ミラー４０１で反射された反射光をスクリーン１５に向けて反射する第２ミラー４０２をさらに備える。

光源装置１１は、光源素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂ（以下、区別する必要のないときは、光源素子１１１とする。）、カップリング（コリメート）レンズ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂ、合成素子１１４，１１５，１１６を含む。

３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光源素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂは、例えば、それぞれ単数または複数の発光点を有するＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）である。光源素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂは、互いに異なる波長λＲ，λＧ，λＢ（例えばλＲ＝６４０ｎｍ，λＧ＝５３０ｎｍ，λＢ＝４４５ｎｍ）のレーザ光（光束）を放射する。

放射された各レーザ光（光束）は、それぞれカップリングレンズ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂによりカップリングされ、略平行光束とされる。カップリングされた各レーザ（光束）は、３つの合成素子１１４，１１５，１１６により合成される。合成素子１１４，１１５，１１６は、プレート状またはプリズム状のダイクロイックミラーであり、波長に応じてレーザ光（光束）を反射または透過し、１つの光束に合成する。合成された光束は、フィルタ３０７および集光レンズ４１０を通り、光偏向装置１３に導かれる。

表示装置１０は、ハウジング１０Ａと、ミラーユニット（ミラー保持部材）３０５と、スクリーンユニット３００と、を組み立てることにより構成される。ハウジング１０Ａは、光源素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，および１１１Ｂ、カップリングレンズ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂ、合成素子１１４，１１５，１１６、フィルタ３０７、集光レンズ４１０、および光偏向装置１３を保持し、収納する。ミラーユニット３０５は、ミラー４０１および第２ミラー４０２を保持する。スクリーンユニット３００は、スクリーン１５を保持する保持部材の一例である。

光源ユニット１１０は、ハウジング１０Ａから着脱可能であり、光源素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，および１１１Ｂを保持する。

図８は、表示装置１０に対するスクリーンユニット３００の着脱を示す図である。スクリーンユニット３００は、光源ユニット１１０およびミラーユニット３０５をハウジング１０Ａから取り外すことなく、ハウジング１０Ａに着脱自在で取り付けられる。また、スクリーンユニット３００は、光源装置１１、フィルタ３０７、集光レンズ４１０および光偏向装置１３をハウジング１０Ａから取り外すことなく、ハウジング１０Ａに着脱自在で取り付けられる。

そして、ハウジング１０Ａはアルミダイカストにより成形され、ミラーユニット３０５は樹脂により成形されており、ハウジング１０Ａはミラーユニット３０５よりも熱伝導率が高い。

スクリーン１５により発散された画像光は、図１、２に示した光路によりフロントガラス５０に到達するが、実使用時には、フロントガラス５０に照射される太陽光が、光路を逆流してスクリーン１５やスクリーンユニット３００に到達することがある。この場合、太陽光の熱により、スクリーン１５が変形、変色して画像品質が低下するおそれがある。

そこで、本実施形態では、スクリーンユニット３００をハウジング１０Ａに取り付けることにより、光路の上流側に位置するミラーユニット３０５に取り付ける場合に比べて、スクリーン１５やスクリーンユニット３００の熱を逃がしやすくなり、画像品質の低下を抑制することができる。

また、スクリーンユニット３００は、ミラーユニット３０５が保持するミラー４０１、第２ミラー４０２や、光偏向装置１３等をハウジング１０Ａから取り外すことなく、ハウジング１０Ａに着脱自在で取り付けられるので、スクリーンユニット３００のみを交換、メンテすることが容易になる。これにより、スクリーン１５が変形、変色した場合でも、スクリーン１５を交換、メンテして画像品質の低下を抑制することができる。

さらには、移動体１Ａの種類（車種）によってフロントガラス５０の曲率が異なることに対応して、結像光学系（自由曲面ミラー３０）に合わせてスクリーン１５のサイズや位置、角度を微調整する必要があるが、スクリーンユニット３００をハウジング１０Ａ等に対して着脱自在とすることで、ハウジング１０Ａ等を共通化することが可能となり、生産性を向上することできる。

●ハードウエア構成
図９は、実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。なお、図２に示すハードウエア構成は、必要に応じて構成要素が追加または削除されてもよい。

表示装置１０は、表示装置１０の動作を制御するための制御装置１７を有する。制御装置１７は、表示装置１０の内部に実装された基板またＩＣチップ等のコントローラである。制御装置１７は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）１００１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１００２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１００３、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１００４、Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１００５、バスライン１００６、ＬＤドライバ１００８、ＭＥＭＳコントローラ１０１０およびモータドライバ１０１２を含む。

ＦＰＧＡ１００１は、表示装置１０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１００８、ＭＥＭＳコントローラ１０１０、およびモータドライバ１０１２は、ＦＰＧＡ１００１からの制御信号に応じて駆動信号を生成する。ＣＰＵ１００２は、表示装置１０全体を制御するための処理を行う集積回路である。ＲＯＭ１００３は、ＣＰＵ１００２を制御するプログラムを記憶する記憶装置である。ＲＡＭ１００４は、ＣＰＵ１００２のワークエリアとして機能する記憶装置である。Ｉ／Ｆ１００５は、外部装置と通信するためのインターフェースである。Ｉ／Ｆ１００５は、例えば自動車のＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等に接続される。

ＬＤ１００７は、例えば、光源装置１１の一部を構成する半導体発光素子である。ＬＤドライバ１００８は、ＬＤ１００７を駆動する駆動信号を生成する回路である。ＭＥＭＳ１００９は、光偏向装置１３の一部を構成し、走査ミラーを変位させるデバイスである。ＭＥＭＳコントローラ１０１０は、ＭＥＭＳ１００９を駆動する駆動信号を生成する回路である。モータ１０１１は、自由曲面ミラー３０の回転軸を回転させる電動機である。モータドライバ１０１２は、モータ１０１１を駆動する駆動信号を生成する回路である。

●機能構成
図１０は、実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示す図である。表示装置１０により実現される機能は、車両情報受信部１７１、外部情報受信部１７２、画像生成部１７３および画像表示部１７４を含む。

車両情報受信部１７１は、ＣＡＮ等から自動車の情報（速度、走行距離等の情報）を受信する機能である。車両情報受信部１７１は、図２に示したＩ／Ｆ１００５およびＣＰＵ１００２の処理、並びにＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。

外部情報受信部１７２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または交通情報等）を受信する機能である。外部情報受信部１７２は、図２に示したＩ／Ｆ１００５およびＣＰＵ１００２の処理、並びにＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。

画像生成部１７３は、車両情報受信部１７１および外部情報受信部１７２により入力された情報に基づいて、中間像４０および虚像４５を表示させるための画像情報を生成する機能である。画像生成部１７３は、図２に示したＣＰＵ１００２の処理、およびＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。

画像表示部１７４は、画像生成部１７３により生成された画像情報に基づいて、スクリーン１５に中間像４０を形成し、中間像４０を構成したレーザ光（光束）をフロントガラス５０に向けて投射して虚像４５を表示させる機能である。画像表示部１７４は、図２に示したＣＰＵ１００２、ＦＰＧＡ１００１、ＬＤドライバ１００８、ＭＥＭＳコントローラ１０１０およびモータドライバ１０１２の処理、並びにＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。

画像表示部１７４は、制御部１７５、中間像形成部１７６および投影部１７７を含む。制御部１７５は、中間像４０を形成するために、光源装置１１および光偏向装置１３の動作を制御する制御信号を生成する。また、制御部１７５は、虚像４５を所定の位置に表示させるために、自由曲面ミラー３０の動作を制御する制御信号を生成する。

中間像形成部１７６は、制御部１７５によって生成された制御信号に基づいて、スクリーン１５に中間像４０を形成する。投影部１７７は、観察者３に視認させる虚像４５を形成するために、中間像４０を構成したレーザ光を、透過反射部材（フロントガラス５０等）に投射させる。

●光源装置
図１１は、実施形態に係る光源装置１１の具体的構成に一例を示す図である。光源装置１１は、図７で説明した構成以外に、アパーチャ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂと、光路分岐素子１１７と、集光レンズ１１８と、受光素子１１９を備える。アパーチャ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂは、カップリングレンズ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂと合成素子１１４，１１５，１１６の間に配置され、カップリングレンズ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂによりカップリングされた各レーザ（光束）をそれぞれ整形し、レーザ光（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。

光路分岐素子２０７は、合成素子１１６から射出されたレーザ光（光束）の一部を透過して図７に示したフィルタ３０７に導光し、別の一部を反射して集光レンズ１１８に導光する。受光素子１１９は、光源の一例である合成素子１１６から照射される照射光を検知する光検知部の一例であって、集光レンズ１１８により集光されたレーザ光の強度を検知する。図１０に示した制御部１７５は、受光素子１１９が検知したレーザ光の強度情報に基づき、光源装置１１から照射されるレーザ光の強度を制御する。

●光偏向装置
図１２は、実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。光偏向装置１３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１３０、蛇行状梁部１３２、枠部材１３４、および圧電部材１３６を含む。光偏向装置１３は、第１走査方向の一例である主走査方向と、第１走査方向に交差する第２走査方向の一例である副走査方向とに走査する光偏向部の一例である。

ミラー１３０は、光源装置１１から射出されたレーザ光をスクリーン１５側に反射する反射面を有する。光偏向装置１３は、ミラー１３０を挟んで一対の蛇行状梁部１３２を形成する。蛇行状梁部１３２は、複数の折り返し部を有する。折り返し部は、交互に配置される第１の梁部１３２ａと第２の梁部１３２ｂとから構成されている。蛇行状梁部１３２は、枠部材１３４に支持されている。圧電部材１３６は、隣接する第１の梁部１３２ａと第２の梁部１３２ｂとを接続するように配置されている。圧電部材１３６は、第１の梁部１３２ａと第２の梁部１３２ｂとに異なる電圧を印加し、梁部１３２ａ，１３２ｂのそれぞれに反りを発生させる。

これにより、隣接する梁部１３２ａ，１３２ｂは、異なる方向に撓む。ミラー１３０は、撓みが累積されることによって、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、光偏向装置１３は、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１３０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。

●スクリーン
図１３は、実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。スクリーン１５は、光源装置１１の一部を構成するＬＤ１００７から射出されたレーザ光を結像させる。また、スクリーン１５は、所定の発散角で発散させる発散部材である。図１３に示すスクリーン１５は、光を発散させるように湾曲する湾曲部が複数備えられる一例として六角形形状を有する複数のマイクロレンズ１５０（湾曲部の一形態としての凸形状部）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。マイクロレンズ１５０のレンズ径（対向する２辺間の距離）は、２００μｍ程度である。スクリーン１５は、マイクロレンズ１５０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１５０を高密度で配列することができる。なお、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ２００およびマイクロレンズ１５０の詳細は、後述する。

図１４は、マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。図１４（ａ）において、スクリーン１５は、マイクロレンズ１５０が整列して配置された光学板１５１によって構成される。光学板１５１上に入射光１５２が走査される場合、入射光１５２は、マイクロレンズ１５０により発散され、発散光１５３となる。スクリーン１５は、マイクロレンズ１５０の構造により、入射光１５２を所望の発散角１５４で発散させることができる。マイクロレンズ１５０のレンズ径１５５は、入射光１５２の径１５６ａよりも大きくなるように設計される。これにより、スクリーン１５は、レンズ間での干渉を起こさずに、干渉ノイズの発生を抑制する。

図１４（ｂ）は、入射光１５２の径１５６ｂが、マイクロレンズ１５０のレンズ径１５５の２倍大きい場合の発散光の光路を示す。入射光１５２は、二つのマイクロレンズ１５０ａ、１５０ｂに入射し、それぞれ発散光１５７，１５８を生じさせる。このとき、領域１５９において、二つの発散光が存在するため、光の干渉を生じうる。この干渉光が観察者の目に入った場合、干渉ノイズとして視認される。

以上を考慮して、干渉ノイズを低減するため、マイクロレンズ１５０のレンズ径１５５は、入射光の径１５６よりも大きく設計される。なお、図１４は、凸面レンズの形態で説明したが、凹面レンズの形態においても同様の効果があるものとする。

●光偏向装置による光走査
図１５は、光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。光源装置１１の各光源素子は、ＦＰＧＡ１００１によって発光強度や点灯タイミング、光波形が制御される。光源装置１１の各光源素子は、ＬＤドライバ１００８によって駆動され、レーザ光を射出する。各光源素子から射出され光路合成されたレーザ光は、図１５に示すように、光偏向装置１３のミラー１３０によってα軸周り、β軸周りに二次元的に偏向され、ミラー１３０を介して走査光としてスクリーン１５に照射される。すなわち、スクリーン１５は、光偏向装置１３による主走査および副走査によって二次元走査される。

走査範囲は、光偏向装置１３によって走査しうる全範囲である。走査光は、スクリーン１５の走査範囲を、２〜４万Ｈｚ程度の速い周波数で主走査方向に振動走査（往復走査）しつつ、数十Ｈｚ程度の遅い周波数で副走査方向に片道走査する。すなわち、光偏向装置１３は、スクリーン１５に対してラスタースキャンを行う。この場合、表示装置１０は、走査位置（走査光の位置）に応じて各光源素子の発光制御を行うことで、画素ごとの描画または虚像の表示を行うことができる。

一画面を描画する時間、すなわち１フレーム分の走査時間（二次元走査の１周期）は、上記のように副走査周期が数十Ｈｚであることから、数十ｍｓｅｃとなる。例えば、主走査周期を２００００Ｈｚ、副走査周期を５０Ｈｚとした場合、１フレーム分の走査時間は、２０ｍｓｅｃとなる。

図１６は、二次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。スクリーン１５は、図１６に示すように、中間像４０が描画される（画像データに応じて変調された光が照射される）画像領域６１（有効走査領域）と、画像領域６１を取り囲むフレーム領域６２を含む。

走査範囲は、スクリーン１５における画像領域６１とフレーム領域６２の一部（画像領域６１の外縁近傍の部分）を併せた範囲とする。図１６において、走査範囲における走査線の軌跡は、ジグザグ線によって示される。図１６において、走査線の本数は、便宜上、実際よりも少なくしている。

スクリーン１５は、上述のように、マイクロレンズアレイ２００等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子で構成されている。画像領域６１は、矩形または平面である必要はなく、多角形または曲面であってもよい。また、スクリーン１５は、装置レイアウトに応じて、例えば、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の光学素子とすることもできる。以下の説明において、本実施形態は、スクリーン１５がマイクロレンズアレイ２００によって構成されるものとして説明する。

スクリーン１５は、走査範囲における画像領域６１の周辺領域（フレーム領域６２の一部）に、受光素子を含む同期検知系６０を備える。図１６において、同期検知系６０は、画像領域６１の−Ｘ側かつ＋Ｙ側の隅部に配置される。同期検知系６０は、光偏向装置１３の動作を検出して、走査開始タイミングや走査終了タイミングを決定するための同期信号をＦＰＧＡ１００１に出力する。

図１７は、スクリーンユニット３００を光路の上流側から見た平面図である。

スクリーンユニット３００は、スクリーン１５よりも光路の上流側に、光偏向装置１３が走査する走査光の一部を遮蔽する遮蔽部７４を備えている。遮蔽部７４には、走査光を透過させる開口窓７５が形成されており、開口窓７５が形成されている領域が画像領域６１と一致する。

また、遮蔽部７４には、光路の上流側に向かって、それぞれフォトダイオードにより構成される同期検知系６０Ａおよび６０Ｂ（光検知部の一例）が配置されている。照射領域６００Ａ、６００Ｂは、それぞれ同期検知系６０Ａ、６０Ｂに対して走査光を照射する領域を示す。

なお、光偏向装置１３が走査する走査光の一部を遮蔽する遮蔽部は、光路上の遮蔽部７４の位置以外に、ミラー４０１や、偏向装置１３の光路下流側直後に設けても良い。

図１８は、ミラーの駆動周波数差に対する位相差の関係を示す図である。

図１２及び図１５で説明した光偏向装置１３のミラー１３０は、環境温度や経年変化によって、揺動させる際の共振周波数が変化する。そして、ミラー１３０の駆動周波数差（＝駆動周波数−共振周波数）によって、揺動させるミラー１３０の位相差（＝実際のミラーの位相−ミラー駆動電圧の位相）が変化する。図１８に示すように、ミラーの駆動周波数差と、位相差には正の相関がある。

図１９は、本実施形態におけるミラーの駆動周波数差の影響について説明する図である。図１９は、光路上のスクリーン１５および遮蔽部７４が配置される位置における説明図である。

光偏向装置１３が主走査方向および副走査方向に二次元走査する走査線６３０は、一例として副走査方向として図中上から下へ移動するものとし、画像領域６１の右上側から左側の遮蔽部７４へ移動し、遮蔽部７４において折り返して、画像領域６１の右下側に移動する。同期検知系６０Ａは、遮蔽部７４に設けられており、同期検知系６０Ａが設けられた領域を検知領域として、走査線６３０が検知領域を通過するときの照射光を検知する。なお、走査線６３０は、副走査方向として図中下から上へ移動してもよい。

図１０で示した制御部１７５は、光偏向装置１３を制御するとともに、光源装置１１を点灯または消灯させており、走査線６３０が検知領域６０Ａを通過するタイミングで、光源装置１１を点灯させる。

図１９（ａ）は、ミラー１３０の駆動周波数差（位相差）が無い状態を示している。第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａは、図１７に示した照射領域６００Ａに含まれており、それぞれ検知領域６０Ａと重なり合っている。

制御部１７５は、同期検知系６０Ａが第１の照射領域６０１Ａでの照射光を検知するタイミングと、同期検知系６０Ａが第２の照射領域６０２Ａでの照射光を検知するタイミングに基づき、ミラー１３０の駆動周波数や光源装置１１の点灯・消灯タイミングを制御して、画像領域６１に形成される画像の位置やサイズを調整する。

一方、図１９（ｂ）は、ミラー１３０の駆動周波数差（位相差）がある状態を示している。第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａは、それぞれ検知領域６０Ａと重なり合っていない。

制御部１７５は、同期検知系６０Ａが第１の照射領域６０１Ａでの照射光を検知するタイミングと、同期検知系６０Ａが第２の照射領域６０２Ａでの照射光を検知するタイミングに基づき、ミラー１３０の駆動周波数や光源装置１１の点灯・消灯タイミングを制御することができず、画像領域６１に形成される画像の位置やサイズを調整することができない。

図１９（ｂ）に示す状態の場合、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａを検知領域６０Ａと重なり合うまで移動させることにより、位相差を補正する方法がある。

図２０は、比較例における位相差を補正する方法を説明する図である。図１９（ｂ）に示したように、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａが、それぞれ検知領域６０Ａと重なり合っていない場合、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａの位置を変更する必要がある。

図２０（ａ）は、光源装置１１を点灯させる時間を長くして、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａのサイズを広げることにより、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａが、それぞれ検知領域６０Ａと重なり合うようにする方法を示す。

図２０（ｂ）は、ミラー１３０の駆動周波数を変更、または、光源装置１１を点灯させるタイミングを変更して、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａを移動させることにより、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａが、それぞれ検知領域６０Ａと重なり合うようにする方法を示す。

しかしながら、図２０（ａ）では、第１の照射領域６０１Ａの一部６０１Ｒが遮光部７４をはみ出して画像領域６１内に侵入し、図２０（ｂ）では、第１の照射領域６０１Ａが移動中（６０１ａ）に画像領域６１内に侵入しており、画像領域６１内の画像の品質に影響を与えていた。

本実施形態は、以上の課題を解決するためになされたものであり、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａが、それぞれ画像領域６１内に侵入しないようにしながら、それぞれ検知領域６０Ａと重なり合うようにすることを目的とする。

図２１は、本実施形態における位相差を補正する方法を説明する図である。図２１は、光路上のスクリーン１５および遮蔽部７４が配置される位置における説明図である。

図２１（ａ）に示すように、制御部１７５は、主走査方向における走査線６３０の左側端部６３０Ｌ（振幅端）を起点として、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａを設定する。走査線６３０の左側端部６３０Ｌは、ミラー１３０の駆動周波数差（位相差）が無い状態で、主走査方向における走査線６３０が折り返すタイミングであり、制御部１７５は、そのタイミングをＲＯＭ１００３等に記憶させている。

制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａが、それぞれ、走査線６３０の左側端部６３０Ｌと検知領域６０Ａの間に位置するように、光源装置１１を点灯および消灯するタイミングを制御する。ここで、制御部１７５は、走査線６３０が第１の照射領域６０１Ａの左側端部６３０Ｌ側端部（図中左側端部）を通過してから左側端部６３０Ｌに至る時間と、走査線６３０が左側端部６３０Ｌを通過してから第２の照射領域６０２Ａの左側端部６３０Ｌ側端部（図中左側端部）に至る時間が同じになるように、光源装置１１を点灯および消灯するタイミングを制御する。

図では、ミラー１３０の駆動周波数差（位相差）がある状態を示しており、制御部１７５が記憶させている走査線６３０の左側端部６３０Ｌは、実際に主走査方向における走査線６３０が折り返すタイミングからずれている。

図２１（ｂ）に示すように、制御部１７５は、次に、第１の照射領域６０１Ａの検知領域６０Ａ側の端部（図中右側端部）および第２の照射領域６０２Ａの検知領域６０Ａ側の端部（図中右側端部）を、検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに近づくように移動させる。これらの端部は同じ移動量で移動する。なお、これらの端部を移動させる具体的な方法については、後述する。

制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａが検知領域６０Ａと重なるタイミングと、第２の照射領域６０２Ａが検知領域６０Ａと重なるタイミングを比較する。制御部１７５は、これらのタイミングが異なる場合は、ミラーの駆動周波数差に起因する位相差が生じていると判断する。

制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａが検知領域６０Ａと重なるタイミングと、第２の照射領域６０２Ａが検知領域６０Ａと重なるタイミングのどちらが先かに基づき、左側端部６３０Ｌが、実際に走査線６３０が折り返すタイミングからずれている方向を判断する。

図２１（ｂ）では、制御部１７５は、副走査方向として上から下へ走査線６３０が移動するとして、図中点線で示すように第２の照射領域６０２Ａが検知領域６０Ａと重なるタイミングの方が先なので、左側端部６３０Ｌが、実際に走査線６３０が折り返すタイミングよりも進んでいると判断する。

図２１（ｃ）に示すように、制御部１７５は、上記判断結果に基づき、実際に走査線６３０が折り返すタイミングと一致するように、左側端部６３０Ｌのタイミングが遅くなるように補正して、ＲＯＭ１００３等に記憶させる。

これにより、図２１（ｃ）に示すように、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａが、それぞれ検知領域６０Ａと重なり合うようにすることができる。

また、以上説明した図２１（ａ）〜（ｃ）において、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａは、遮蔽部７４において、検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに近づくように移動しているので、画像領域６１に侵入することが防止される。

したがって、本実施形態では、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａが、それぞれ画像領域６１内に侵入しないようにしながら、それぞれ検知領域６０Ａと重なり合うようにすることができる。

そして、制御部１７５は、同期検知系６０Ａが第１の照射領域６０１Ａでの照射光を検知するタイミングと、同期検知系６０Ａが第２の照射領域６０２Ａでの照射光を検知するタイミングに基づき、ミラー１３０の駆動周波数や光源装置１１の点灯・消灯タイミングを制御して、画像領域６１に形成される画像の位置やサイズを調整することができる。

図２２は、本実施形態における制御部１７５の処理を示すフローチャートである。

制御部１７５は、主走査方向における走査線６３０の狙いの振幅端位置（図２１の左側端部６３０Ｌ）を起点として、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａを設定して光源装置１１を点灯させる（ステップＳ１０１）。ここで、制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａが、それぞれ、狙いの振幅端位置と同期検知系（検知領域）６０Ａの間に位置するように、光源装置１１を点灯および消灯するタイミングを制御する。また、制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａを消灯してから走査線６３０が狙いの振幅端位置に至る時間と、走査線６３０が狙いの振幅端位置を通過してから第２の照射領域６０２Ａを点灯開始するまでの時間が同じになるように、光源装置１１を点灯および消灯するタイミングを制御する。

次に、制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａの点灯開始タイミングを早くするとともに、第２の照射領域６０２Ａの消灯タイミングを遅くして、それぞれ同期検知系６０Ａ（フォトダイオード）に近づける（ステップＳ１０２）。第１の照射領域６０１Ａの点灯開始タイミングを早くする時間と、第２の照射領域６０２Ａの消灯タイミングを遅くする時間は同じである。

制御部１７５は、同期検知系６０Ａが第１の照射領域６０１Ａまたは第２の照射領域６０２Ａの何れかによる照射光を検知（受光）したか判断し（ステップＳ１０３）、何れも検知していない場合は、ステップＳ１０２に戻って、さらに第１の照射領域６０１Ａの点灯開始タイミングを早くするとともに、第２の照射領域６０２Ａの消灯タイミングを遅くする。

制御部１７５は、ステップＳ１０３において同期検知系６０Ａが何れかの照射光を検知した場合、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａの照射光を両方を同時に検知（受光）したか判断し（ステップＳ１０４）、同時に検知した場合は、ミラーの駆動周波数差に起因する位相差が生じていないと判断して処理を終了する。

一方、制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａの照射光を同時に検知していない場合は、ミラーの駆動周波数差に起因する位相差が生じていると判断して、ミラーの駆動周波数差を補正して位相差を修正する（ステップＳ１０５）。制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａまたは第２の照射領域６０２Ａの何れの照射光が先に検知されたかに基づき、ミラーの駆動周波数差を補正する方向（図１８における左右どちらに補正するか）を決定する。

図２３は、本実施形態における照射領域の移動方法を説明する図である。

図２３（ａ）において、制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａの点灯開始タイミングおよび消灯タイミングをともに早くするととともに、第２の照射領域６０２Ａの点灯開始タイミングおよび消灯タイミングをともに遅くする。これにより、図２１（ｂ）に示したように、第１の照射領域６０１Ａの検知領域６０Ａ側の端部（右側端部）および第２の照射領域６０２Ａの検知領域６０Ａ側の端部（右側端部）が、検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに近づくように移動する。

図２３（ｂ）において、制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａの消灯タイミングを変えずに点灯開始タイミングを早くするととともに、第２の照射領域６０２Ａの点灯開始タイミングを変えずに消灯タイミングを遅くする。これにより、図２１（ｂ）に示したように、第１の照射領域６０１Ａの検知領域６０Ａ側の端部（右側端部）および第２の照射領域６０２Ａの検知領域６０Ａ側の端部（右側端部）が、検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに近づくように移動する。

図２３（ｃ）において、制御部１７５は、走査線６３０に対する第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａの相対位置を変えることなく、主走査方向における走査線６３０の振幅を小さくする。これにより、図２１（ｂ）に示したように、第１の照射領域６０１Ａの検知領域６０Ａ側の端部（右側端部）および第２の照射領域６０２Ａの検知領域６０Ａ側の端部（右側端部）が、検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに近づくように移動する。

図２３（ａ）〜（ｃ）において、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａは、遮蔽部７４内の図中点線内を移動しており、画像領域６１内に侵入しない。

図２４は、図２１に示した位相差を補正する方法の変形例を説明する図である。

図２４（ａ）は、図２１（ａ）と同様である。

図２４（ｂ）に示すように、制御部１７５は、図２１（ｂ）と同様に、第１の照射領域６０１Ａの検知領域６０Ａ側の端部（図中右側端部）および第２の照射領域６０２Ａの検知領域６０Ａ側の端部（図中右側端部）を、検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに近づくように移動させる。これらの端部を移動させる具体的な方法については、図２３に示したとおりである。

制御部１７５は、図中点線で示した状態で、第１の照射領域６０１Ａが検知領域６０Ａと重なるまで移動した移動量と、第２の照射領域６０２Ａが検知領域６０Ａと重なるまで移動した移動量を比較する。制御部１７５は、これらの移動量が異なる場合は、ミラーの駆動周波数差に起因する位相差が生じていると判断する。

制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａが検知領域６０Ａと重なるまで移動した移動量と、第２の照射領域６０２Ａが検知領域６０Ａと重なるまで移動した移動量のどちらが大きいかに基づき、左側端部６３０Ｌが、実際に走査線６３０が折り返すタイミングからずれている方向を判断する。

図２４（ｂ）では、制御部１７５は、副走査方向として上から下へ走査線６３０が移動するとして、第２の照射領域６０２Ａが検知領域６０Ａと重なるまで移動した移動量の方が小さいので、左側端部６３０Ｌが、実際に走査線６３０が折り返すタイミングよりも進んでいると判断する。

図２４（ｃ）に示すように、制御部１７５は、上記判断結果に基づき、実際に走査線６３０が折り返すタイミングと一致するように、左側端部６３０Ｌのタイミングが遅くなるように補正して、ＲＯＭ１００３等に記憶させる。

これにより、図２４（ｃ）に示すように、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａが、それぞれ検知領域６０Ａと重なり合うようにすることができる。

また、以上説明した図２４（ａ）〜（ｃ）において、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａは、遮蔽部７４において、検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに近づくように移動しているので、画像領域６１に侵入することが防止される。

したがって、本変形例では、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａが、それぞれ画像領域６１内に侵入しないようにしながら、それぞれ検知領域６０Ａと重なり合うようにすることができる。

図２５は、図２１に示した変形例に対応する制御部１７５の処理を示すフローチャートである。

制御部は、図２２に示したステップＳ１０１と同様の処理を行う（ステップＳ２０１）。

次に、制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａの照射光が同期検知系（フォトダイオード）６０Ａに検知（受光）されていない場合に第１の照射領域６０１Ａの点灯開始タイミングを早くするとともに、第２の照射領域６０２Ａの照射光が同期検知系６０Ａに検知（受光）されていない場合に第１の照射領域６０１Ａの消灯タイミングを遅くして、それぞれ同期検知系６０Ａに近づける（ステップＳ２０２）。

制御部１７５は、同期検知系６０Ａが第１の照射領域６０１Ａまたは第２の照射領域６０２Ａの両方で照射光を検知したか判断し（ステップＳ２０３）、両方で検知していない場合は、ステップＳ２０２に戻って、さらに第１の照射領域６０１Ａの照射光が同期検知系６０Ａに検知されていない場合に第１の照射領域６０１Ａの点灯開始タイミングを早くするとともに、第２の照射領域６０２Ａの照射光が同期検知系６０Ａに検知されていない場合に第１の照射領域６０１Ａの消灯タイミングを遅くする。

制御部１７５は、ステップＳ２０３において同期検知系６０Ａが両方の照射光を検知した場合、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａの移動量が等しいか判断し（ステップＳ２０４）、等しい場合は、ミラーの駆動周波数差に起因する位相差が生じていないと判断して処理を終了する。

一方、制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａの移動量が等しくない場合は、ミラーの駆動周波数差に起因する位相差が生じていると判断して、ミラーの駆動周波数差を補正して位相差を修正する（ステップＳ２０５）。制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａまたは第２の照射領域６０２Ａの何れの移動量が大きいかに基づき、ミラーの駆動周波数差を補正する方向（図１８における左右どちらに補正するか）を決定する。

図２６は、本実施形態における照射領域の設定方法を説明する図である。

図２１および図２４に示したように、制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａが、それぞれ、走査線６３０の左側端部６３０Ｌと検知領域６０Ａの間に位置するように、光源装置１１を点灯および消灯するタイミングを制御する。

ここで、図２１および図２４に示したように、ミラー１３０の駆動周波数差（位相差）がある状態では、制御部１７５が記憶させている走査線６３０の左側端部６３０Ｌは、実際に主走査方向における走査線６３０が折り返すタイミングからずれており、このずれ量が大きすぎると、図２１（ａ）および図２４（ａ）に示す初期状態において、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａが検知領域６０Ａに重ならないように設定することが困難になる。

そこで、図２６に示す実施形態では、初期状態において、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａが検知領域６０Ａに重ならないように確実に設定することを目的とする。

図２６（ａ）において、制御部１７５は、第１の照射領域６０１Ａの左側端部６３０Ｌ側端部を左側端部６３０Ｌと同じ位置にするとともに、第２の照射領域６０２Ａの左側端部６３０Ｌ側端部を左側端部６３０Ｌと同じ位置にするように、光源装置１１を点灯および消灯するタイミングを制御する。すなわち、制御部１７５は、走査線６３０が狙いの振幅端位置（左側端部６３０Ｌ）に位置するタイミングで第１の照射領域６０１Ａを消灯させるとともに、第２の照射領域６０２Ａを点灯開始させる。

これにより、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａを検知領域６０Ａに重ならないように確実に設定することができる。

逆に、第１の照射領域６０１Ａを消灯してから走査線６３０が狙いの振幅端位置に至る時間、および走査線６３０が狙いの振幅端位置を通過してから第２の照射領域６０２Ａを点灯開始するまでの時間を大きくする場合は、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａが検知領域６０Ａに重ならないように確実に設定することはできないが、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａが、検知領域６０Ａに重ならない位置から重なる位置までに移動するための処理時間を短縮することができる。

図２６（ｂ）において、制御部１７５は、図２１（ａ）および図２４（ａ）に示す初期状態において、走査線６３０に対する第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａの相対位置を変えることなく、主走査方向における走査線６３０の振幅を大きくする。

これにより、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａを検知領域６０Ａに重ならないように確実に設定することができる。

図２６（ａ）、（ｂ）において、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０２Ａは、遮蔽部７４内の図中点線内に初期設定されており、画像領域６１内に侵入しない。

図２７は、図２１に示した位相差を補正する方法の第２の変形例を説明する図である。

図２７（ａ）に示すように、本変形例では、同期検知系６０Ａおよび同期検知系６０Ｂを用いて補正する。

同期検知系６０Ａおよび同期検知系６０Ｂは、それぞれ遮蔽部７４に設けられており、同期検知系６０Ａが設けられた領域を第１の検知領域とするとともに、同期検知系６０Ｂが設けられた領域を第１の検知領域として、走査線６３０が第１、第２の検知領域を通過するときの照射光を検知する。

図２７（ｂ）において、走査線６３０の左側端部６３０Ｌは、ミラー１３０の駆動周波数差（位相差）が無い状態で、主走査方向における走査線６３０が左側で折り返すタイミングであり、制御部１７５は、そのタイミングをＲＯＭ１００３等に記憶させている。また、走査線６３０の右側端部６３０Ｒは、ミラー１３０の駆動周波数差（位相差）が無い状態で、主走査方向における走査線６３０が右側で折り返すタイミングであり、制御部１７５は、そのタイミングをＲＯＭ１００３等に記憶させている。

図２７（ｂ）において、ミラー１３０の駆動周波数差（位相差）がある状態を示しており、制御部１７５が記憶させている走査線６３０の左側端部６３０Ｌおよび右側端部６４０Ｒは、それぞれ実際に主走査方向における走査線６３０が折り返すタイミングからずれている。

ここで、左側端部６３０Ｌと実際に走査線６３０が左側で折り返すタイミングとのズレ量は、右側端部６３０Ｒと実際に走査線６３０が右側で折り返すタイミングのズレ量と等しい。

図２７（ｃ）に示すように、制御部１７５は、主走査方向における走査線６３０の左側端部６３０Ｌを起点として第２の照射領域６０２Ａを設定するとともに、主走査方向における走査線６３０の右側端部６３０Ｒを起点として第１の照射領域６０１Ｂを設定する。

制御部１７５は、第２の照射領域６０２Ａが走査線６３０の左側端部６３０Ｌと第１の検知領域６０Ａの間に位置するように、かつ、第１の照射領域６０１Ｂが走査線６３０の右側端部６３０Ｒと第２の検知領域６０Ｂの間に位置するように、光源装置１１を点灯および消灯するタイミングを制御する。

さらに、制御部１７５は、走査線６３０が第１の照射領域６０１Ｂの図中右側端部を通過してから右側端部６３０Ｒに至る時間と、走査線６３０が左側端部６３０Ｌを通過してから第２の照射領域６０２Ａの図中左側端部に至る時間が同じになるように、光源装置１１を点灯および消灯するタイミングを制御する。

次に、制御部１７５は、図２１（ｂ）と同様に、第１の照射領域６０１Ｂの第２の検知領域６０Ｂ側の端部（図中左側端部）を、第２の検知領域６０Ｂから離れた位置から第２の検知領域６０Ｂに近づくように移動させるとともに、第２の照射領域６０２Ａの第１の検知領域６０Ａ側の端部（図中右側端部）を、第１の検知領域６０Ａから離れた位置から第１の検知領域６０Ａに近づくように移動させる。

制御部１７５は、図２１（ｂ）と同様に、第１の照射領域６０１Ｂが第２の検知領域６０Ｂと重なるタイミングと、第２の照射領域６０２Ａが第１の検知領域６０Ａと重なるタイミングを比較する。制御部１７５は、これらのタイミングが異なる場合は、ミラーの駆動周波数差に起因する位相差が生じていると判断する。

制御部１７５は、図２１（ｃ）と同様に、上記判断結果に基づき、実際に走査線６３０が折り返すタイミングと一致するように、左側端部６３０Ｌおよび右側端部６３０Ｒのタイミングを補正して、ＲＯＭ１００３等に記憶させる。

図２７（ｄ）に示すように、制御部１７５は、主走査方向における走査線６３０の左側端部６３０Ｌを起点として第１の照射領域６０１Ａを設定するとともに、主走査方向における走査線６３０の右側端部６３０Ｒを起点として第２の照射領域６０２Ｂを設定してもよい。この場合、制御部１７５は、図２７（ｃ）と同様に処理する。
●まとめ●
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る表示装置１０（光走査装置の一例）は、光源装置１１（光源の一例）から照射される照射光を、主走査方向（第１の走査方向の一例）と、第１の走査方向に交差する副走査方向（第２の走査方向の一例）とに走査する光偏向装置１３（光偏向部の一例）と、光偏向装置１３が検知領域を走査するときの照射光を検知する同期検知系６０Ａ（光検知部の一例）と、を備え、光偏向装置１３が検知領域６０Ａから主走査方向における端部（走査線６３０の左側端部６３０Ｌ）に向けて走査する第１の照射領域６０１Ａで光源装置１１を点灯させ、光偏向装置１３が主走査方向における端部（走査線６３０の左側端部６３０Ｌ）から検知領域６０Ａに向けて走査する第２の照射領域６０１Ｂで光源装置１１を点灯させるとともに、第１の照射領域６０１Ａにおける検知領域６０Ａ側の端部を検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに近づくように移動させ、第２の照射領域６０１Ｂにおける検知領域６０Ａ側の端部を検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに近づくように移動させる。
これにより、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａが、それぞれ検知領域６０Ａの内側（主走査方向における端部の反対側）に侵入しないようにしながら、それぞれ検知領域６０Ａと重なり合うようにすることができる。そして第１の照射領域６０１Ａでの照射光を検知するタイミングと、第２の照射領域６０２Ａでの照射光を検知するタイミングに基づき、ミラー１３０の駆動周波数や光源装置１１の点灯・消灯タイミングを制御することができる。

また、検知領域６０Ａは、第１の主走査方向の一端側に位置する第１の検知領域６０Ａと、第１の主走査方向の一端側に位置する第２の検知領域６０Ｂと、を含み、光偏向装置１３が第１の検知領域６０Ａから一端（走査線６３０の左側端部６３０Ｌ）に向けて走査する第１の照射領域６０１Ａで光源装置１１を点灯させ、走査部が他端（走査線６３０の右側端部６３０Ｒ）から第２の検知領域６０Ｂに向けて走査する第２の照射領域６０１Ｂで光源装置１１を点灯させるとともに、第１の照射領域６０１Ａにおける第１の検知領域６０Ａに対向する端部を第１検知領域６０Ａから離れた位置から第１の検知領域６０Ａに近づくように移動させ、第２の照射領域６０１Ｂにおける第２の検知領域６０Ｂに対向する端部を第２の検知領域６０Ｂから離れた位置から第２の検知領域６０Ｂに近づくように移動させる。
さらに、光偏向装置１３が走査する照射光の一部を遮蔽する遮蔽部７４を備え、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０１Ｂは、遮蔽部７４における光偏向装置１３が走査する範囲に含まれる。検知領域６０Ａは、遮蔽部７４における光偏向装置１３が走査する範囲に含まれる。同期検知系６０Ａは、遮蔽部７４に設けられる。

よって、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａが、それぞれ遮蔽部７４の内側（主走査方向における端部の反対側）に侵入しないようにしながら、それぞれ検知領域６０Ａと重なり合うようにすることができる。

本実施形態では、光偏向装置１３により照射光が走査されるスクリーン１５を備え、スクリーン１５上における光偏向装置１３が照射光を走査する走査範囲に含まれる画像領域６１内で、画像情報に基づき光源装置１１を点灯させて、スクリーン１５上に画像を形成する。第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０１Ｂは、画像領域６１と重ならない。検知領域６０Ａは、画像領域６１と重ならない。

よって、第１の照射領域６０１Ａと第２の照射領域６０２Ａが、それぞれ画像領域６１内に侵入しないようにしながら、それぞれ検知領域６０Ａと重なり合うようにすることができる。

また、光源装置１１が点灯開始するタイミングを早くすることにより、第１の照射領域６０１Ａにおける検知領域６０Ａに対向する端部を検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに近づくように移動させ、光源装置１１が点灯終了するタイミングを遅くすることにより、第２の照射領域６０１Ｂにおける検知領域６０Ａに対向する端部を検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに近づくように移動させる。
あるいは、光偏向装置１３が走査する走査範囲を主走査方向において小さくすることにより、第１の照射領域６０１Ａにおける検知領域６０Ａに対向する端部を検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに近づくように移動させるとともに、第２の照射領域６０１Ｂにおける検知領域６０Ａに対向する端部を検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに近づくように移動させる。

そして、光偏向装置１３が走査する走査範囲を主走査方向において大きくして、第１の照射領域６０１Ａおよび第２の照射領域６０１Ｂで光源装置１１を点灯させる。
本実施形態では、第１の照射領域６０１Ａにおける検知領域６０Ａに対向する端部が検知領域６０Ａに重なるタイミングが、第２の照射領域６０１Ｂにおける検知領域６０Ａに対向する端部が検知領域６０Ａに重なるタイミングと同時か否かに基づき、光偏向装置１３を駆動する駆動周波数（駆動制御量の一例）を補正して、光偏向装置１３が走査する走査範囲における照射光の位置を補正する。
または、第１の照射領域６０１Ａにおける検知領域６０Ａに対向する端部を検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに重なる位置まで移動させた移動量と、第２の照射領域６０１Ｂにおける検知領域６０Ａに対向する端部を検知領域６０Ａから離れた位置から検知領域６０Ａに重なる位置まで移動させた移動量と、に基づき、光偏向装置１３を駆動する駆動周波数（駆動制御量の一例）を補正して、光偏向装置１３が走査する走査範囲における照射光の位置を補正する。
●補足●
なお、本発明の一実施形態に係る表示装置、表示システムおよび移動体について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到することができる範囲内で変更することができる。

また、本発明の一実施形態に係る表示装置は、ＨＵＤ装置に限られず、例えば、ヘッドマウントディスプレイ装置、プロンプタ装置、プロジェクタ装置であってもよい。例えば、本発明の一実施形態に係る表示装置をプロジェクタ装置に適用する場合、プロジェクタ装置を表示装置１０と同様に構成することができる。すなわち、表示装置１０は、自由曲面ミラー３０を介した画像光を映写幕や壁面等に投影すればよい。なお、表示装置１０は、自由曲面ミラー３０を介さずに、スクリーン１５を介した画像光を映写幕や壁面等に投影してもよい。

１ 表示システム
１０ 表示装置（光走査装置の一例）
１０Ａ ハウジング
１１ 光源装置（光源の一例）
１３ 光偏向装置（光偏向部の一例）
１５ スクリーン（光学素子の一例）
３０ 自由曲面ミラー（結像光学系の一例）
４５ 虚像
５０ フロントガラス（反射部材の一例）
６０Ａ、６０Ｂ 同期検知系（光検知部、検知領域の一例）
６０１Ａ、６０１Ｂ 第１の照射領域
６０２Ａ、６０２Ｂ 第２の照射領域

特許第５４４６５１３号公報

Claims (16)

1. 光源から照射される照射光を、第１の走査方向と、第１の走査方向に交差する第２の走査方向とに走査する光偏向部と、
   前記光偏向部が検知領域を走査するときの前記照射光を検知する光検知部と、を備え、
   前記光偏向部が前記検知領域から前記第１の走査方向における端部に向けて走査する第１の照射領域で前記光源を点灯させ、前記光偏向部が前記第１の走査方向における端部から前記検知領域に向けて走査する第２の照射領域で前記光源を点灯させるとともに、
   前記第１の照射領域における前記検知領域側の端部を前記検知領域から離れた位置から前記検知領域に近づくように移動させ、前記第２の照射領域における前記検知領域側の端部を前記検知領域から離れた位置から前記検知領域に近づくように移動させる光走査装置。
2. 前記検知領域は、前記第１の主走査方向の一端側に位置する第１の検知領域と、前記第１の主走査方向の一端側に位置する第２の検知領域と、を含み、
   前記光偏向部が前記第１の検知領域から前記一端に向けて走査する第１の照射領域で前記光源を点灯させ、前記走査部が前記他端から前記第２の検知領域に向けて走査する第２の照射領域で前記光源を点灯させるとともに、
   前記第１の照射領域における前記第１の検知領域に対向する端部を前記第１検知領域から離れた位置から前記第１の検知領域に近づくように移動させ、前記第２の照射領域における前記第２の検知領域に対向する端部を前記第２の検知領域から離れた位置から前記第２の検知領域に近づくように移動させる請求項１記載の光走査装置。
3. 前記光偏向部が走査する前記照射光の一部を遮蔽する遮蔽部を備え、
   前記第１の照射領域および前記第２の照射領域は、前記遮蔽部における前記光偏向部が走査する範囲に含まれる請求項１または２記載の光走査装置。
4. 前記検知領域は、前記遮蔽部における前記光偏向部が走査する範囲に含まれる請求項３記載の光走査装置。
5. 前記光検知部は、前記遮蔽部に設けられる請求項４記載の光走査装置。
6. 前記光偏向部により前記照射光が走査されるスクリーンを備え、
   前記スクリーン上における前記光偏向部が前記照射光を走査する走査範囲に含まれる画像領域内で、画像情報に基づき前記光源を点灯させて、前記スクリーン上に画像を形成する請求項１〜５の何れか記載の光走査装置。
7. 前記第１の照射領域および前記第２の照射領域は、前記画像領域と重ならない請求項６記載の光走査装置。
8. 前記検知領域は、前記画像領域と重ならない請求項７記載の光走査装置。
9. 前記光源が点灯開始するタイミングを早くすることにより、前記第１の照射領域における前記検知領域に対向する端部を前記検知領域から離れた位置から前記検知領域に近づくように移動させ、
   前記光源が点灯終了するタイミングを遅くすることにより、前記第２の照射領域における前記検知領域に対向する端部を前記検知領域から離れた位置から前記検知領域に近づくように移動させる請求項１〜８の何れか記載の光走査装置。
10. 前記光偏向部が走査する走査範囲を前記第１の走査方向において小さくすることにより、
    前記第１の照射領域における前記検知領域に対向する端部を前記検知領域から離れた位置から前記検知領域に近づくように移動させるとともに、
    前記第２の照射領域における前記検知領域に対向する端部を前記検知領域から離れた位置から前記検知領域に近づくように移動させる請求項１〜８の何れか記載の光走査装置。
11. 前記光偏向部が走査する走査範囲を前記第１の走査方向において大きくして、前記第１の照射領域および前記第２の照射領域で前記光源を点灯させる請求項１〜１０の何れか記載の光走査装置。
12. 前記第１の照射領域における前記検知領域に対向する端部が前記検知領域に重なるタイミングが、前記第２の照射領域における前記検知領域に対向する端部が前記検知領域に重なるタイミングと同時か否かに基づき、前記光偏向部が走査する走査範囲における前記照射光の位置を補正する請求項１〜１１の何れか記載の光走査装置。
13. 前記第１の照射領域における前記検知領域に対向する端部を前記検知領域から離れた位置から前記検知領域に重なる位置まで移動させた移動量と、前記第２の照射領域における前記検知領域に対向する端部を前記検知領域から離れた位置から前記検知領域に重なる位置まで移動させた移動量と、に基づき、前記光偏向部が走査する走査範囲における前記照射光の位置を補正する請求項１〜１１の何れか記載の光走査装置。
14. 前記光偏向部を駆動する駆動制御量を補正する請求項１２または１３記載の光走査装置。
15. 請求項１〜１４の何れか記載の光走査装置と、
    前記光偏向部により前記照射光が走査されるスクリーンから投射される投射光を反射する結像光学系と、
    前記結像光学系から反射される反射光を反射する反射部材と、を備え、
    前記結像光学系は、前記投射光を前記反射部材に向けて反射して虚像を結像させる表示システム。
16. 請求項１５記載の表示システムを備え、
    前記反射部材は、フロントガラスである移動体。