JP2020187325A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】虚像の視認性が良好な虚像表示装置を提供する。【解決手段】虚像表示装置としてのＨＵＤは、スクリーンと、レーザビームを発するレーザ発光部と、レーザビームをスクリーンに向けて走査するように照射して画像を描画する光走査部と、を備える。ＨＵＤは、スクリーンから射出された画像の表示光が導光部によって視認領域へと導光されることにより、画像を、視認領域から視認可能な虚像として表示する。ＨＵＤは、レーザ発光部によるレーザビームの出力値を、スクリーンの照射位置Ｐｓａ，Ｐｓｂ，Ｐｓｃに応じて個別に変更可能に制御する光源出力制御部と、表示光が導光部を通ることによって生じる輝度分布のムラを低減するように、出力値を照射位置Ｐｓａ，Ｐｓｂ，Ｐｓｃに応じた個別の補正値によって補正する補正処理部と、をさらに備える。【選択図】図５

Description

この明細書による開示は、虚像表示装置に関する。

従来、虚像表示装置が知られている。特許文献１に開示の虚像表示装置は、スクリーンと、光ビームとしてのレーザビームを発する光源部と、光ビームをスクリーンに向けて操作するように照射して画像を描画する光走査部と、を備えている。スクリーンから射出された画像の表示光は、凹面鏡及びウインドシールド等の導光部によって視認領域へと導光される。こうして、画像は、視認領域から視認可能な虚像として表示される。

ここで、光走査部の反射面の曲率半径が時間的に変動されることによって、レーザスペックルが時間的に均一化され、スクリーン上での輝度分布のムラが抑制されるようになっている。

特許第６２９２０６９号公報

さて、虚像表示装置においては、スクリーンが直接視認される訳ではなく、導光部によって視認領域へ導光された表示光によって、スクリーンの画像が間接的に観察される。したがって、スクリーン上ではなく、表示光が導光部を通ることによって生じる輝度分布のムラの発生が想定される。

しかしながら、特許文献１の装置では、輝度分布において、導光部の影響が全く考慮されておらず、こうした輝度分布のムラ低減による虚像の視認性改善において、改良の余地があった。

この明細書の開示による目的のひとつは、虚像の視認性が良好な虚像表示装置を提供することにある。

ここに開示された態様のひとつは、スクリーン（１３）と、光ビームを発する光源部（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）と、光ビームをスクリーンに向けて走査するように照射して画像を描画する光走査部（２６）と、を備え、スクリーンから射出された画像の表示光が導光部（ＬＧ）によって視認領域（ＥＢ）へと導光されることにより、画像を、視認領域から視認可能な虚像（ＶＲＩ）として表示する虚像表示装置であって、
光源部による光ビームの出力値を、スクリーンの照射位置（Ｐｓ）に応じて個別に変更可能に制御する光源出力制御部（３２）と、
表示光が導光部を通ることによって生じる輝度分布のムラを低減するように、出力値を照射位置に応じた個別の補正値によって補正する補正処理部（３４）と、をさらに備える。

このような態様によると、光源部による光ビームの出力値は、スクリーンの照射位置に応じて個別に変更可能であり、当該照射位置に応じた個別の補正値によって補正される。これにより、表示光が導光部を通ることによって生じる輝度分布のムラが低減される。出力値が補正される本態様では、照射位置毎の曲率半径の変更等の機械的変更を伴う必要性が抑制されているため、光ビームの走査中であっても光走査部の駆動への影響を少なく、輝度分布のムラの改善を図ることができる。以上により、虚像の視認性が良好な虚像表示装置を提供することができる。

なお、括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。

第１実施形態のＨＵＤの車両への搭載状態を示す図である。 第１実施形態のＨＵＤのレーザ走査モジュール及びスクリーン等の構成を示す構成図である。 第１実施形態のＨＵＤの光学系を模式的に示す図である。 第１実施形態において、視認領域内の位置を横軸として、特定の照射位置Ｐｓａ，Ｐｓｂ，Ｐｓｃを見た場合のそれぞれの輝度の分布を示す図であって、補正前の状態を表している。 第１実施形態において、視認領域内の位置を横軸として、特定の照射位置Ｐｓａ，Ｐｓｂ，Ｐｓｃを見た場合のそれぞれの輝度の分布を示す図であって、補正後の状態を表している。 第１実施形態の補正処理部によるフローチャートである。 第２実施形態のＨＵＤの光学系を模式的に示す図である。 第２実施形態の補正処理を説明するための図である。 第３実施形態のＨＵＤの光学系を模式的に示す図である。 第３実施形態の補正処理の一例を説明するための図である。 第３実施形態の補正処理の他の一例を説明するための図である。

以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第１実施形態）
図１に示すように、本開示の第１実施形態による虚像表示装置は、車両１のインストルメントパネル２に搭載されるように構成されているヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤ）となっている。ＨＵＤ１０は、画像を、視認領域ＥＢから視認可能な虚像ＶＲＩとして表示する。この表示にあたっては、スクリーン１３から射出された画像の表示光が導光部ＬＧによって視認領域ＥＢへ導光されている。特に本実施形態の導光部ＬＧには、車両１のウインドシールド３と、ＨＵＤ１０の導光部材１５とが含まれる。そして、乗員は、ウインドシールド３越しに、車両１外の風景と重畳するような虚像ＶＲＩを視認することができる。すなわち、ＨＵＤ１０による虚像ＶＲＩは、例えば路面又は建物等の重畳する表示コンテンツにより、現実を拡張する拡張現実（Augmented Reality；ＡＲ）表示を含んでいる。

以下において、特に断り書きがない限り、前、後、上、下、左及び右が示す各方向は、水平面上の車両１を基準として記載される。

車両１のウインドシールド３は、例えばガラスないし合成樹脂により透光性の板状に形成された透明部材であり、インストルメントパネル２よりも上方に配置されている。ウインドシールド３は、前方から後方へ向かう程、インストルメントパネル２とは離間するように傾斜している。車両１のウインドシールド３においてインストルメントパネル２と対向する投影面３ａは、滑らかな凹面状であって、車両１の用途及びデザインに合わせた自由曲面状に形成されている。ＨＵＤ１０から投影面３ａへ画像の表示光が投影されると、当該表示光が投影面３ａに反射されて視認領域ＥＢへと指向される。

視認領域ＥＢは、ＨＵＤ１０により表示される虚像ＶＲＩが所定の規格を満たすように（例えば虚像ＶＲＩ全体が所定の輝度以上となるように）視認可能となる空間領域であって、アイボックスとも称される。視認領域ＥＢは、典型的には、車両１に設定されたアイリプスと重なるように設定される。アイリプスは、両眼それぞれに対して設定され、乗員のアイポイントの空間分布を統計的に表したアイレンジに基づいて、楕円体状の仮想的な空間として設定されている（ＪＩＳＤ００２１：１９９８も参照）。例えばアイリプスは、座席のヘッドレスト近傍に位置する。

また車両１には、図２に示す画像生成ＥＣＵ（Electric Control Unit）４が搭載されている。画像生成ＥＣＵ４は、いわゆるコンピュータであり、少なくとも１つのプロセッサ、メモリ装置、入出力インターフェースを含む電子回路を主体として構成されている。プロセッサは、メモリ装置に記憶されているコンピュータプログラムを実行する演算回路である。メモリ装置は、例えば半導体メモリないし磁気ディスクによって提供され、プロセッサによって読み取り可能なコンピュータプログラム及びデータを非一時的に格納する非遷移的実体的記録媒体である。

画像生成ＥＣＵ４は、車両１等から各種情報を取得し、当該情報に基づいて、ＨＵＤ１０によって表示される画像データを生成する。画像生成ＥＣＵ４は、生成した画像データの映像信号をＨＵＤ１０へ向けて逐次出力する。

ＨＵＤ１０は、レーザ走査モジュール２１、スクリーン１３、導光部ＬＧのうちウインドシールド３を除く導光部材１５等により構成されている。図１に示すように、こうしたレーザ走査モジュール２１、スクリーン１３及び導光部材１５は、中空形状を呈したハウジング１１に収容されている。ハウジング１１は、ウインドシールド３と対向する上面部に、光学的に開口する窓部を有している。窓部は、機械的に開口していてもよく、例えば画像の表示に寄与する光を透過可能な防塵シート１１ａで覆われていてもよい。

レーザ走査モジュール２１は、スクリーン１３に投影される画像を、光ビームとしてのレーザビームを走査することによって構成する描画デバイスとなっている。

スクリーン１３は、例えば合成樹脂ないしガラスからなる基材の表面に、アルミニウムの金属膜を蒸着させること等により、マイクロミラーアレイ状に形成された反射型のスクリーンである。スクリーン１３は、光を反射する複数のミラー曲面を有する複数のマイクロミラーを、格子状に配列した板状に形成されている。こうしたスクリーン１３にレーザビームが入射されると、当該スクリーン１３は、当該ミラー曲面の近傍にレーザビームを実像又は虚像として結像させつつ、当該レーザビームの拡がり角を拡大させて、スクリーン１３から射出させることができる。この結果、視認領域ＥＢが拡大される。なお、スクリーン１３としては、マイクロレンズアレイ状に形成された透過型のスクリーン、又は拡散板が代わりに採用されてもよい。

導光部材１５は、スクリーン１３から射出された表示光としてのレーザビームを順次反射することによって、当該レーザビームをウインドシールド３へ導光し、投影する。本実施形態では、導光部材１５は、凸面鏡１５ａ及び凹面鏡１５ｂの２つ設けられている。ここで導光部材１５の合成パワーが正となっていることにより、スクリーン１３に投影された画像に対して、乗員に視認される虚像ＶＲＩを、拡大することができる。なお、図３においては、凸面鏡１５ａ及び凹面鏡１５ｂがレンズ形状にて表現されている。

以下、レーザ走査モジュール２１の詳細を説明する。レーザ走査モジュール２１は、図２に示すように、複数のレーザ発光部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、レーザ案内部２４、光走査部２６、及び駆動制御部３１等により構成されている。

図３に示すように、レーザ発光部２２ａ〜ｃは、画像を表示するためのレーザビームを発する光源部として機能している。レーザ発光部２２ａ〜ｃは、例えば３つ設けられ、それぞれレーザビームをパルス状に発光する。本実施形態において各レーザ発光部２２ａ〜ｃでは、例えばレーザダイオードが採用されている。

３つのレーザ発光部２２ａ〜ｃは、相互に異なる波長のレーザビームを発光するようになっている。レーザ発光部２２ａが発するレーザビームのピーク波長は、例えば５００〜５６０ｎｍの範囲、好ましくは５４０ｎｍである緑色波長となっている。レーザ発光部２２ｂが発するレーザビームのピーク波長は、例えば４３０〜４７０ｎｍの範囲、好ましくは４５０ｎｍである青色波長となっている。レーザ発光部２２ｃが発するレーザビームのピーク波長は、例えば６００〜６５０ｎｍの範囲、好ましくは６４０ｎｍである赤色波長となっている。

各レーザ発光部２２ａ〜ｃは、その結晶に印加される電流値に応じた発光パワーにてレーザビームを発する。各レーザ発光部２２ａ〜ｃでは、その使用に伴って、結晶における欠陥が増加するため、印加される電流値に対する発光パワーの比が徐々に低下する劣化特性を有している。

３つのレーザ発光部２２ａ〜ｃは、駆動制御部３１と電気的に接続されており、その電気信号によって、発光タイミング及び発光時の出力値を制御される。

レーザ案内部２４は、各レーザ発光部２２ａ〜ｃから発光された各レーザビームが重ね合されるように、共通の光路に案内する。レーザ案内部２４は、複数の集光レンズ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ、折り返しミラー２４ｄ、及びダイクロイックミラー２４ｅ，２４ｆ等により構成されている。集光レンズ２４ａ〜ｃは、レーザ発光部２２ａ〜ｃと同数（たとえば３つ）設けられている。ダイクロイックミラー２４ｅ，２４ｆは、レーザ発光部２２ａ〜ｃよりも１つ少ない数（例えば２つ）設けられている。

３つの集光レンズ２４ａ〜ｃは、それぞれ対応するレーザ発光部２２ａ〜ｃに対して、各レーザビームの進行方向に所定の間隔を空けて配置されている。各集光レンズ２４ａ〜ｃは、例えば合成樹脂ないしガラスにより、透光性を有して形成されている。各集光レンズ２４ａ〜ｃは、対応するレーザ発光部２２ａ〜ｃからのレーザビームを屈折により集光して、各レーザビームのビームウエストが、スクリーン１３の近傍ないしスクリーン１３上に位置するように、調整する。

折り返しミラー２４ｄは、集光レンズ２４ａに対して、レーザビームの進行方向に所定の間隔を空けて配置され、集光レンズ２４ａを透過した緑色波長のレーザビームを反射する。

２つのダイクロイックミラー２４ｅ，２４ｆは、それぞれ対応する集光レンズ２４ｂ，２４ｃに対して、各レーザビームの進行方向に所定の間隔を空けて配置されている。各ダイクロイックミラー２４ｅ，２４ｆは、集光レンズ２４ａ〜ｃを透過した各レーザビームのうち、特定波長のレーザビームを反射し、その他のレーザビームを透過させる。具体的には、集光レンズ２４ｂに対応するダイクロイックミラー２４ｅは、青色波長のレーザビームを反射し、緑色波長のレーザビームを透過させる。集光レンズ２４ｃに対応するダイクロイックミラー２４ｆは、赤色波長のレーザビームを反射し、緑色波長及び青色波長のレーザビームを透過させる。

ここで、折り返しミラー２４ｄによる反射後の緑色波長のレーザビームの進行方向には、ダイクロイックミラー２４ｅが所定の間隔を空けて配置されている。また、ダイクロイックミラー２４ｅによる反射後の青色波長のレーザビームの進行方向には、ダイクロイックミラー２４ｆが所定の間隔を空けて配置されている。これら配置形態により、折り返しミラー２４ｄによる反射後の緑色波長のレーザビームが、ダイクロイックミラー２４ｅを透過し、ダイクロイックミラー２４ｅによる反射後の青色波長のレーザ光束と重ね合される。また、緑色波長及び青色波長のレーザビームが、ダイクロイックミラー２４ｆを透過し、ダイクロイックミラー２４ｆによる反射後の赤色波長のレーザビームと重ね合される。

また、各レーザ発光部２２ａ〜ｃは、駆動制御部３１と電気的に接続されている。各レーザ発光部２２ａ〜ｃは、駆動制御部３１からの電気信号に従って、レーザビームをパルス状に発光する。そして、各レーザ発光部２２ａから発光される３色のレーザビームを加色混合することで、画像において種々の色の再現が可能となる。こうして各レーザビームは、共通の光路上に重ね合された状態で、実質的に同一の方向から光走査部２６へと入射することとなる。

光走査部２６は、微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems；ＭＥＭＳ）を用い、レーザビームを時間的に走査（スキャン）可能に構成されたＭＥＭＳミラーである。光走査部２６においてダイクロイックミラー２４ｆと所定の間隔を空けて対向する面には、アルミニウムの金属膜の蒸着等により、反射面２６ａが形成されている。反射面２６ａは、例えば圧電素子を用いて、当該反射面２６ａ中央の接平面に沿って、実質直交して配置された２つの回転軸Ａｘ，Ａｙまわりに揺動可能となっている。

光走査部２６は、駆動制御部３１と電気的に接続されており、その電気信号によって反射面２６ａを揺動することで、当該反射面２６ａの向きを変更することができる。こうして光走査部２６は、反射面２６ａの向きを制御されることで、レーザビームの反射面２６ａへの入射箇所を起点として、時間的にレーザビームの反射方向を偏向することができる。この偏向によってレーザビームは、スクリーン１３上の矩形状の走査範囲ＳＲに走査されていく。レーザビームは、スクリーン１３上への照射位置Ｐｓを時間的に変更されながら、画像が描画されることとなる。

駆動制御部３１は、複数のレーザ発光部２２ａ〜ｃ及び光走査部２６等の駆動を制御し、スクリーン１３に構成される画像、延いてはＨＵＤ１０が表示する虚像ＶＲＩを制御する制御部となっている。駆動制御部３１は、コントローラ３２、パワーモニタ３３、補正処理部３４、及び輝度ムラ補正テーブル３５等により構成されている。

コントローラ３２は、例えばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）によってハードウエア的に実現される電子回路を含んで構成される。ＦＰＧＡは、いわゆるＰＬＤ（Programmable logic device）等の集積的な電子回路の一種であり、広義のプロセッサに含まれる。ＦＰＧＡは、多数の論理ゲートを配列して複雑な処理を実現するものであるが、コンピュータプログラムの実行による処理よりも高速に、又は遅延を抑制しつつ、それを実行することができる。

コントローラ３２は、例えばマイコン等の映像信号が入力されること及び当該映像信号を処理可能な装置（この装置は、補正処理部３４と共通化されていてもよい。）を介して、画像生成ＥＣＵ４と通信可能に接続されている。ここでいう通信としては、例えばＣＡＮ（登録商標）等の通信規格による通信が挙げられるが、有線通信、無線通信問わず各種の好適な通信方式が採用され得る。また、コントローラ３２は、ドライバを介して各レーザ発光部２２ａ〜ｃと電気的に接続され、また他のドライバを介して光走査部２６と電気的に接続されている。

こうしてコントローラ３２は、画像生成ＥＣＵ４から入力された映像信号を、各レーザ発光部２２ａ〜ｃを制御する信号、光走査部２６を制御する信号へ分解及び変換して出力し、各レーザ発光部２２ａ〜ｃと光走査部２６を連携させつつ制御する。この信号の変換の際には、補正処理部３４から入力された信号に基づいて、レーザビームの出力値の補正が実施される。

ここで、コントローラ３２は、光源出力制御部として機能し、各レーザビームの出力値を、照射位置Ｐｓに応じて個別に変更可能に制御可能となっている。

パワーモニタ３３は、各レーザ発光部２２ａ〜ｃから発光されるレーザビームの発光パワーをモニタリングする。パワーモニタ３３は、例えば発光パワーに対応する物理量としての照度を測定するフォトダイオード及び演算回路を有している。フォトダイオードは、例えば各レーザ発光部２２ａ〜ｃの周囲、反射面２６ａと対向する位置、スクリーン１３の端部等、各レーザ発光部２２ａ〜ｃから出力されるレーザビームの発光パワーを測定可能に配置されている。演算回路は、フォトダイオードにより測定された発光パワーを、補正処理部３４へ出力する。

補正処理部３４は、いわゆるコンピュータであり、少なくとも１つのプロセッサ、メモリ装置、入出力インターフェースを含む電子回路を主体として構成されている。プロセッサは、メモリ装置に記憶されているコンピュータプログラムを実行する演算回路である。メモリ装置は、例えば半導体メモリないし磁気ディスクによって提供され、プロセッサによって読み取り可能なコンピュータプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記録媒体である。

補正処理部３４は、各レーザ発光部２２ａ〜ｃのレーザビームの出力値を、補正する。補正処理部３４は、レーザビームの出力値を、スクリーン１３への照射位置Ｐｓに依らず全体的に補正する全体補正と、各照射位置Ｐｓに応じて個別に補正する個別補正と、を実施する。特に本実施形態では、補正処理部３４は、処理上、出力値から換算可能な、各レーザ発光部２２ａ〜ｃに印加する電流値を、補正している。

全体補正において補正処理部３４は、パワーモニタ３３から入力された発光パワーを所定の換算係数にて電流値に換算した換算電流値と、コントローラ３２を通じて各レーザ発光部へと印加された印加電流値とを比較する。例えばレーザ発光部２２ａ〜ｃが劣化すると、印加される印加電流値に対する発光パワーの比が低下するため、換算電流値が印加電流値よりも小さくなり得る。補正処理部３４は、この換算電流値と印加電流値との差を低減するように、印加電流値を全体的に引き上げる。これと共に、上述の換算係数が更新される。

個別補正において補正処理部３４は、レーザビームによりスクリーン１３から射出された表示光が導光部ＬＧを通ることによって生じる輝度分布のムラを低減するように、レーザビームの出力値を照射位置Ｐｓに応じた個別の補正値によって補正する。

厳密には、印加電流値が、照射位置Ｐｓ毎の個別の補正値によって補正され、補正処理部３４から、補正後の電流値に係る信号がコントローラ３２へと出力される。コントローラ３２は、当該信号に従って、各レーザ発光部２２ａ〜ｃのレーザビームの出力値を制御する信号を補正することとなる。なお、本実施形態において個別の補正値は、各レーザ発光部２２ａ〜ｃ間で共通の値となっている。

この個別の補正値は、輝度ムラ補正テーブル３５に記憶されている。輝度ムラ補正テーブル３５は、例えば、個別の補正値を、照射位置Ｐｓに対応したスクリーン１３上の座標の関数ｆ（ｘ，ｙ）で表したものである。あるいは、輝度ムラ補正テーブル３５は、照射位置Ｐｓに対応したスクリーン１３上の座標と、個別の補正値との対となるデータの集合であってもよい。こうした輝度ムラ補正テーブル３５は、例えば補正処理部３４のメモリ装置に記憶されている。補正処理部３４は、個別補正の際、メモリ装置にアクセスして輝度ムラ補正テーブル３５から個別の補正値を取得する。

本実施形態において、個別の補正値は、照射位置Ｐｓ間における両眼輝度平均値の差を低減させるように、設定されている。より詳細に、個別の補正値は、照射位置Ｐｓ間における両眼輝度平均値同士を走査範囲全域において実質的に一致させるように、設定されている。

ここで、両眼輝度平均値とは、次のように定義される。まず、図３に示すように、視認領域ＥＢに、右眼の基準位置ＥＰＲ及び左眼の基準位置ＥＰＬが定義される。例えば、右眼の基準位置ＥＰＲは、上述の右眼のアイリプスにおけるアイリプス中心の位置とされ、左眼の基準位置ＥＰＬは、上述の左眼のアイリプスにおけるアイリプス中心の位置とされる。

そして、右眼の基準位置ＥＰＲから、虚像ＶＲＩにおいて特定の照射位置Ｐｓと光学的に共役な画素を視認した場合に想定される当該画素の右眼輝度が規定され得る。同様に、左眼の基準位置ＥＰＬから、虚像ＶＲＩにおいてこの特定の照射位置Ｐｓと光学的に共役な画素を視認した場合に想定される当該画素の左眼輝度が規定され得る。こうした右眼輝度及び左眼輝度は、例えば光線追跡等の光学シミュレーション、あるいは実験的に輝度を測定することによって、予め得られる。この右眼輝度と左眼輝度との平均値が、当該特定の照射位置Ｐｓに対応する両眼輝度平均値と定義される。

例えば、スクリーン１３の照射位置Ｐｓａから、表示光が視認領域ＥＢの全域へ到達する。このとき、視認領域ＥＢのＹｅ軸にずれた各位置から確認できる画素であって、照射位置Ｐｓａと共役な画素の輝度は、図４の上段に示すように、視認領域ＥＢのうち左側が高く、右側へ向かう程低下する分布となる。この分布は、照射位置Ｐｓａから射出された表示光が視認領域ＥＢの各位置に到達するまでの経路において、導光部ＬＧ内の経路が互いにずれていることに起因する。具体的に、視認領域ＥＢの異なる位置に到達する表示光は、導光部材１５及びウインドシールド３の互いに異なる部位に、互いに異なる入射角にて入射するので、反射率に差が生じる。照射位置Ｐｓａから視認領域ＥＢの各位置に到達する光の間で、光の損失が異なるので、輝度の分布が発生するのである。

また、視認領域ＥＢのＹｅ軸にずれた各位置から確認できる画素であって、照射位置Ｐｓｂと共役な画素の輝度は、図４の中段に示すように、視認領域ＥＢのうち中心が高く、右側又は左側へ向かう程低下する分布である。

また、視認領域ＥＢのＹｅ軸にずれた各位置から確認できる画素であって、照射位置Ｐｓｃと共役な画素の輝度は、図４の下段に示すように、視認領域ＥＢのうち右側が高く、左側へ向かう程低下する分布となる。すなわち、照射位置Ｐｓａ，Ｐｓｂ，Ｐｓｃ毎に、輝度分布自体が異なっている。

そして、照射位置Ｐｓａによる輝度分布を構成する表示光は、互いに同一の照射位置Ｐｓａから射出されている。したがって、照射位置Ｐｓａに照射されるレーザビームの出力値を上下させても、輝度分布形状自体を変化させることは基本的にできないが、輝度分布形状を保ったまま、輝度の値を上下させることができる。他の照射位置Ｐｓｂ，Ｐｓｃについても同様である。

なお、図４の輝度分布は、画像の各画素を同じ明度及び同じ色度で描画した場合の輝度分布であって、実際の表示コンテンツを表示する場合には、当該表示コンテンツに合わせて暗い画素や非表示となる画素が混在することに注意されたい。

さて、照射位置Ｐｓ毎に輝度分布が異なることにより、右眼の基準位置ＥＰＲから見た各画素の輝度には、ムラが生じている。また、左眼の基準位置ＥＰＬから見た各画素の輝度にも、ムラが生じている。さらには、右眼の基準位置ＥＰＲからみた各画素の輝度のムラと、左眼の基準位置ＥＰＬからみた各画素の輝度のムラとが異なる。

照射位置Ｐｓ毎の個別の補正値によって、これらのムラを全て解消することは原理上できない。ただし、画素は、右眼と左眼との両眼視にて視認されるものであり、各画素に対する両眼輝度平均値を均一化することによって、乗員が知覚する輝度ムラを、低減することができるのである。

例えば本実施形態では、図５に示すように、走査範囲ＳＲの中心に位置する照射位置Ｐｓｂに対応する両眼輝度平均値が基準とされている。そして、照射位置Ｐｓａに対応する両眼輝度平均値及び照射位置Ｐｓｃに対応する両眼輝度平均値が、照射位置Ｐｓｂに対応する両眼輝度平均値と同じ値まで引き上げられるように、個別の補正値が設定されている。

以下、第１実施形態のＨＵＤ１０による処理、特に補正処理部３４による補正処理を、図６のフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ１では、補正処理部３４は、パワーモニタ３３から測定された発光パワーを取得する。ステップＳ１の処理後、ステップＳ２へ移る。

ステップＳ２では、補正処理部３４は、取得された発光パワーに基づいて、照射位置Ｐｓに依らない全体的な出力値の補正を実施する。ステップＳ２の処理後、ステップＳ３へ移る。

ステップＳ３では、補正処理部３４は、輝度ムラ補正テーブル３５から個別の補正値を取得する。ステップＳ３の処理後、ステップＳ４へ移る。

ステップＳ４では、補正処理部３４は、取得された個別の補正値に基づいて、照射位置Ｐｓ毎の出力値の補正を実施する。補正処理部３４は、ステップＳ４を以って一連の補正処理を終了し、補正結果をコントローラ３２へ出力する。

なお、個別補正の後、全体補正が実施されてもよく、全体補正と個別補正とが同時に実施されてもよい。

（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に改めて説明する。

第１実施形態によると、光源部としてのレーザ発光部２２ａ〜ｃによるレーザビームの出力値は、スクリーン１３の照射位置Ｐｓに応じて個別に変更可能であり、当該照射位置Ｐｓに応じた個別の補正値によって補正される。これにより、表示光が導光部ＬＧを通ることによって生じる輝度分布のムラが低減される。出力値が補正される本態様では、照射位置Ｐｓ毎の曲率半径の変更等の機械的変更を伴う必要性が抑制されているため、光ビームの走査中であっても光走査部２６の駆動への影響を少なく、輝度分布のムラの改善を図ることができる。以上により、虚像ＶＲＩの視認性が良好な虚像表示装置を提供することができる。

また、第１実施形態によると、個別の補正値は、照射位置Ｐｓ間における両眼輝度平均値の差を低減させるように、設定されている。両眼輝度平均値は、右眼の基準位置ＥＰＲから特定の照射位置Ｐｓから当該照射位置Ｐｓと共役な画素を視認した場合に想定される右眼輝度と、左眼の基準位置ＥＰＲから特定の照射位置Ｐｓから当該照射位置Ｐｓと共役な画素を視認した場合に想定される左眼輝度との平均値である。したがって、特定の照射位置Ｐｓから視認領域ＥＢへ到達する表示光の輝度分布形状を変更する必要性を抑制して、虚像ＶＲＩを両眼視したときに知覚される輝度分布のムラを低減することができる。

また、第１実施形態によると、個別の補正値は、照射位置Ｐｓ間における両眼輝度平均値同士を一致させるように、設定されている。こうした一致設定により、虚像ＶＲＩを両眼視したときに知覚される輝度分布のムラを低減効果は、格別なものとなる。

（第２実施形態）
図７，８に示すように、第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第２実施形態の輝度ムラ補正テーブル２３５における個別の補正値は、第１実施形態と同様、輝度ムラ補正テーブル３５に記憶されている。ただし、第２実施形態の個別の補正値は、各照射位置Ｐｓのレーザビームのスポットサイズに対する、虚像ＶＲＩにおいて当該照射位置と共役な画素のサイズの拡大率に基づいて、設定されている。より詳細に、個別の補正値は、拡大率が大きな照射位置Ｐｓである程、出力値が大きくなるように設定されている。なお、ここでいう拡大率とは、横倍率に相当する。

すなわち、各照射位置Ｐｓから射出される表示光は、共役な画素として、虚像ＶＲＩにおいて結像されるまでの経路において、導光部ＬＧによる集光作用及び発散作用の一方及び両方を受ける。これにより、各照射位置Ｐｓのレーザビームのスポットに対して、虚像ＶＲＩとして視認される当該照射位置Ｐｓと共役な画素は、拡大又は縮小する。照射位置Ｐｓａから射出された表示光が虚像ＶＲＩの共役な位置Ｐｖａに結像されるまでの経路、照射位置Ｐｓａから射出された表示光が虚像ＶＲＩの共役な位置Ｐｖｂに結像されるまでの経路、及び照射位置Ｐｓｃから射出された表示光が虚像ＶＲＩの共役な位置Ｐｖｃに結像されるまでの経路は、互いにずれている。各経路において表示光は、導光部材１５及びウインドシールド３の互いに異なる部位に、互いに異なる入射角にて入射するのである。

この結果、照射位置Ｐｓ間で拡大率が異なることとなる。仮に、レーザビームの出力値が照射位置Ｐｓに依らず等しいとすると、拡大率が大きな位置の画素では、画素の面積が大きくなるため、その分輝度が低くなる。一方、拡大率が小さな位置の画素では、画素の面積が比較的小さいため、輝度は相対的に高くなる。

故に、図８に示されるような輝度のムラが、虚像ＶＲＩに生じ得る。本実施形態では、ウインドシールド３の投影面３ａの形状が左右非対称である。このため、投影面３ａの形状の影響により、輝度のムラが左右非対称な分布となっている（図８の上段参照）。そして、この輝度の分布は、虚像ＶＲＩの各画素がスクリーン１３の照射位置Ｐｓと個別に対応しているので、輝度ムラ補正テーブル２３５における照射位置Ｐｓ毎の個別の補正値の適用によって、均一化することができる（図８の下段参照）。

以上説明した第２実施形態によると、個別の補正値は、拡大率が大きな照射位置Ｐｓである程、出力値が大きくなるように設定されている。故に、虚像ＶＲＩにおける画素がこれと共役な照射位置Ｐｓでのレーザビームのスポットサイズに対して拡大されていても、当該レーザビームの出力値を補う補正によって、輝度の低下が抑制される。これを照射位置Ｐｓ毎に個別補正することで、虚像ＶＲＩの輝度分布のムラを低減することができる。

（第３実施形態）
図９〜１１に示すように、第３実施形態は第１実施形態の変形例である。第３実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第３実施形態において、導光部材１５のうち凸面鏡１５ａは、コールドミラー３１５ａとなっている。コールドミラー３１５ａは、例えば合成樹脂ないしガラスからなり、透光性を有する基材、及び当該基材の表面に形成された光学多層膜を有する多層膜ミラーとなっている。なお、図９では、図２と同様にコールドミラー３１５ａがレンズ形状で表現されている。

光学多層膜は、２種類以上の互いに屈折率の異なる光学材料からなる薄膜状の光学膜を、基材の表面の法線方向に沿って積層して形成されている。光学膜としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）等を採用することが可能である。

各光学膜における各膜厚は、事前にコンピュータにより、光の干渉をシミュレートした最適化計算によって適宜設定される。したがって、コールドミラー３１５ａにおける分光特性は、当該光学多層膜における光の干渉の結果に基づいて特徴づけられている。

具体的に、コールドミラー３１５ａは、スクリーン１３から射出された各レーザビームによる表示光を、光路におけるウインドシールド３側へ反射する。これと共に、コールドミラー３１５ａは、各レーザビームの進行方向とは逆方向から入射する外光であって、各レーザビームの波長とは異なる波長を有する外光を透過して光路から分離する。ここで外光としては、例えばウインドシールド３及び防塵シート１１ａを透過してハウジング１１内に入射する太陽光が挙げられる。

こうしたコールドミラー３１５ａにおいては、互いに波長が異なるレーザビームによる各色の表示光において、反射率に差異が生じている。この結果、スクリーン１３上に描画された画像のカラーバランスに対して、虚像ＶＲＩのカラーバランスが崩れる。すなわち、仮に各レーザビームの出力値を等しく設定しても、虚像ＶＲＩの輝度分布に波長間の差が生じ得る。

そこで、第３実施形態の個別の補正値は、レーザ発光部２２ａ〜ｃ毎に用意されている。そして、補正処理部３４は、輝度分布の波長間差を低減するように、レーザ発光部２２ａ〜ｃ毎に異なる補正値を適用して、各レーザ発光部２２ａ〜ｃから発せられるレーザビームの出力値を補正する。

具体的に図１０のように、各波長間にて、虚像ＶＲＩ全体で均一に輝度の値が異なる場合（図１０の上段参照）には、次のように補正値が設定される。基準となるレーザ発光部２２ａ〜ｃの個別の補正値に対し、他のレーザ発光部２２ａ〜ｃの個別の補正値は、照射位置Ｐｓに依らない定数を一律に加算又は減算した値に設定される。これにより、輝度の値の波長間差が低減される。特に図１０の例では、緑色波長の輝度を基準とし、赤色波長の輝度が引き下げられる一方、青色波長の輝度が引き上げられる（図１０の下段参照）。これにより、輝度の値の波長間差は、実質０となっている。

また図１１のように、各波長間にて、輝度の分布形状が異なっている場合もある（図１１の上段参照）。例えば、表示光を強く発散するために、大きく湾曲した基材の表面に光学多層膜を形成した場合等である。この場合には、虚像ＶＲＩにおける輝度の分布形状自体の波長間の差を低減するような輝度ムラ補正テーブル３３５を、レーザ発光部２２ａ〜ｃ毎に用意する。これにより、個別の補正値は、レーザ発光部２２ａ〜ｃ毎に、互いに全く異なる関数ｆｒ（ｘ，ｙ），ｆｇ（ｘ，ｙ），ｆｂ（ｘ，ｙ）となる。これにより、各波長間の差が低減される（図１１の下段参照）。

以上説明した第３実施形態によると、各レーザビームの出力値を、独立して制御可能に構成されたコントローラ３２に対応して、補正処理部３４は、各レーザビームに対して異なる補正値を採用して、出力値を補正する。これにより、輝度分布の各波長間差が低減されるので、虚像ＶＲＩの発色を良好なものとすることができる。

また、第３実施形態によると、補正処理部３４は、各レーザビームに対して異なる補正値を採用して、出力値を補正する。これにより、多層膜ミラーとしてのコールドミラー３１５ａの光学多層膜での各レーザビームの屈折率差から生じる輝度分布の波長間差が低減される。故に、分光特性を有するコールドミラー３１５ａを利用しても、虚像ＶＲＩの発色を良好に保つことができる。これと共に、コールドミラー３１５ａが外光を透過して光路から分離するので、外光による虚像表示への悪影響を低減することができる。

（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

具体的に変形例１としては、第１実施形態において、レーザ発光部２２ａ〜ｃ毎に異なる輝度ムラ補正テーブル３５が用意されていてもよい。すなわち、個別の補正値は、照射位置Ｐｓ間における両眼輝度平均値の差を低減させるように設定されると同時に、波長間における両眼輝度平均値の差を低減させるように設定されてもよい。

変形例２としては、第１実施形態における照射位置Ｐｓ間における両眼輝度平均値の差を低減と、第２実施形態における照射位置Ｐｓ間で拡大率が異なることによる虚像ＶＲＩの輝度のムラの低減とが、同時に実施されてもよい。例えば、第１実施形態における輝度ムラ補正テーブル３５の個別の補正値と、第２実施形態における輝度ムラ補正テーブル２３５の個別の補正値とを、重視したい補正内容に合わせて重み付けした加重平均の値を、新たな個別の補正値として採用することができる。

変形例３としては、ＨＵＤ１０は、導光部材１５のうち、例えば凹面鏡１５ｂを車両１の左右方向に延伸する回転軸まわりに回転させ、虚像ＶＲＩの表示位置を上下に調整する機構を備えていてもよい。この場合に、凹面鏡１５ｂの位相毎に、個別の輝度ムラ補正テーブル３５が用意され、補正処理部３４は、当該位相の値を取得して、当該位相の値に応じた輝度ムラ補正テーブル３５を適用して個別補正を実施してもよい。

第３実施形態に関する変形例４としては、凸面鏡１５ａがコールドミラーではなく、凹面鏡１５ｂがコールドミラーであってもよい。あるいは、導光部ＬＧにコールドミラーが設けられていなくてもよい。コールドミラーが設けられていなくても、例えば防塵シート１１ａ及びウインドシールド３の投影面３ａの分光特性によって、輝度分布における波長間の差が発生する懸念があるからである。

変形例５としては、導光部ＬＧとして、種々の構成を採用することができる。例えばＨＵＤ１０側に設けられる導光部材１５としては、１つの凹面鏡のみが設けられていてもよく、１つの平面鏡と１つの凹面鏡とが設けられていてもよい。また、ウインドシールド３の代わりに、車両１とは別体に設けられたコンバイナが導光部ＬＧの構成要素としてインストルメントパネル２の上面部等に設置され、当該コンバイナの投影面に表示光が投影されるようにしてもよい。

変形例６としては、虚像表示装置は、航空機、船舶等の移動体、あるいはゲーム機等の移動しない非移動体等の各種の乗り物に搭載することができる。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置及びその手法は、専用ハードウエア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置及びその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと一つ以上のハードウエア論理回路との組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０：ＨＵＤ（虚像表示装置）、１３：スクリーン、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ：レーザ発光部（光源部）、３２：コントローラ（光源出力制御部）、３４：補正処理部、ＥＢ：視認領域、Ｐｓ：照射位置、ＬＧ：導光部、ＶＲＩ：虚像

Claims (6)

1. スクリーン（１３）と、光ビームを発する光源部（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）と、前記光ビームを前記スクリーンに向けて走査するように照射して画像を描画する光走査部（２６）と、を備え、前記スクリーンから射出された前記画像の表示光が導光部（ＬＧ）によって視認領域（ＥＢ）へと導光されることにより、前記画像を、前記視認領域から視認可能な虚像（ＶＲＩ）として表示する虚像表示装置であって、
   前記光源部による前記光ビームの出力値を、前記スクリーンの照射位置（Ｐｓ）に応じて個別に変更可能に制御する光源出力制御部（３２）と、
   前記表示光が前記導光部を通ることによって生じる輝度分布のムラを低減するように、前記出力値を前記照射位置に応じた個別の補正値によって補正する補正処理部（３４）と、をさらに備える虚像表示装置。
2. 前記視認領域に右眼の基準位置（ＥＰＲ）及び左眼の基準位置（ＥＰＬ）を定義し、
   前記右眼の基準位置から前記虚像において特定の前記照射位置と共役な画素を視認した場合に想定される右眼輝度と、前記右眼の基準位置から前記虚像において前記特定の照射位置と共役な画素を視認した場合に想定される左眼輝度と、の平均値を、前記特定の照射位置に対応する両眼輝度平均値と定義すると、
   前記個別の補正値は、前記照射位置間における前記両眼輝度平均値の差を低減させるように、設定されている請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記個別の補正値は、前記照射位置間における前記両眼輝度平均値同士を一致させるように、設定されている請求項２に記載の虚像表示装置。
4. 特定の前記照射位置の前記光ビームのスポットサイズに対して、前記虚像において前記特定の照射位置と共役な画素のサイズの拡大率を、前記特定の照射位置に対応する拡大率と定義すると、
   前記個別の補正値は、前記拡大率が大きな前記照射位置である程、前記出力値が大きくなるように設定されている請求項１から３のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
5. 前記光源部は、互いに異なる波長の複数の前記光ビームを発し、
   前記光源出力制御部は、各前記光ビームの前記出力値を、独立して制御し、
   前記補正処理部は、前記輝度分布の各前記波長間の差を低減するように、各前記光ビームに対して異なる前記補正値を採用して、前記出力値を補正する請求項１から４のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
6. 前記導光部は、透光性を有する基材と、前記基材の表面に形成された光学多層膜とを有し、各前記光ビームを反射すると共に、各前記光ビームの進行方向とは逆方向から入射する外光を透過して光路から分離する多層膜ミラー（３１５ａ）を有し、
   前記補正処理部は、前記光学多層膜での各前記光ビームの反射率差から生じる前記輝度分布の各前記波長間の差を低減するように、各前記光ビームに対して異なる前記補正値を採用して、前記出力値を補正する請求項５に記載の虚像表示装置。

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