JP2021012350A - 表示装置、表示方法、ヘッドアップディスプレイ及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】均一の光で走査した際の被走査面における副走査方向（例えば二次元走査における水平走査方向）の端部又はその近傍の光量分布の均一性（均一度合い）を向上させ画質向上を図ることができる表示装置、表示方法、ヘッドアップディスプレイ及び車両を提供する。【解決手段】複数の小領域のうち、描画領域の主走査方向における中央部側に位置する小領域を第１の小領域、描画領域の主走査方向における端部側に位置する小領域を第２の小領域と定義し、描画データにおける第１の小領域の輝度と第２の小領域の輝度とが同じである場合に、光源制御部は、二次元走査により、光源から第１の小領域へ照射される光の強度分布と光源から第２の小領域へ照射される光の強度分布とが、互いに異なるように、光源を制御する。【選択図】図１５

Description

本発明は、表示装置、表示方法、ヘッドアップディスプレイ及び車両に関する。

特許文献１には、スクリーン上に投影される画像の輝度むらを抑止するための制御装置が開示されている。この制御装置は、光源部と、反射部と、生成部と、調整部と、レーザ制御部とを有している。光源部は、レーザビームを照射する。反射部は、レーザビームを共振周波数に従って所定の方向に角度を変化させながら反射してスクリーン上に走査させる。生成部は、反射部によりスクリーン上で走査されるレーザビームの照射のタイミングを表す固定ピクセルクロックからなる第１のクロックを走査位置に応じた遅延時間だけ遅延させることで調整するための調整用情報を、レーザビームが走査される走査位置に基づいて生成する。調整部は、調整用情報に基づいて、第１のクロックを、遅延時間だけ遅延させた第２のクロックに調整する。レーザ制御部は、第２のクロックに同期して、レーザビームを画素として間欠的に照射させる。レーザ制御部は、第２のクロックに同期して、スクリーンに投影される画素毎に、レーザビームの光パワーの総和が同一となるように、走査位置毎に異なる光パワーと照射時間で、レーザビームを照射させる。

特開２０１４−０９５７８７号公報

しかしながら、特許文献１は、均一の光を走査しても、被走査面における副走査方向（例えば二次元走査における水平走査方向）の端部又はその近傍における光量分布が不均一となることについて改善の余地がある。より具体的に、特許文献１には、副走査方向の端部又はその近傍において、走査線に粗密が生じることにより、均一の光を走査しても被走査面における光量が周期的に増減することについて開示されていない。そして、被走査面において、副走査方向の一端部と他端部で交互に光走査が折り返される折り返し部分では相対的に光が密となり明るくなる一方、非折り返し部分では相対的に光が粗となり暗くなってしまうので、均一の光を走査しても被走査面における光量が周期的に増減ことにより光量分布の不均一となり、画質が低下することが懸念される。

本発明は、以上に基づいてなされたものであり、均一の光で走査した際の被走査面における副走査方向（例えば二次元走査における水平走査方向）の端部又はその近傍の光量分布の均一性（均一度合い）を向上させ画質向上を図ることができる表示装置、表示方法、ヘッドアップディスプレイ及び車両を提供することを目的とする。

本実施形態の表示装置は、光源から出射された光を、光偏向器を用いて走査することで、描画領域に描画データに基づく像を形成する表示装置であって、前記光源から出射される光の強度を制御する光源制御部と、前記光偏向器を制御する走査制御部と、を有し、前記光偏向器を用いた走査は、前記描画領域について、主走査方向と該主走査方向と直交する副走査方向とを走査する二次元走査であり、前記走査制御部は、前記光偏向器による前記二次元走査を、前記描画領域における前記主走査方向端部で折り返すことで、前記副走査方向の位置を異ならせながら前記主走査方向に複数の走査を行わせることで実施し、前記描画領域を、前記形成する像の解像度に基づき、同一形状かつ同一面積の複数の小領域に分割し、前記複数の小領域のうち、前記描画領域の前記主走査方向における中央部側に位置する小領域を第１の小領域、前記描画領域の前記主走査方向における端部側に位置する小領域を第２の小領域と定義し、前記描画データにおける前記第１の小領域の輝度と前記第２の小領域の輝度とが同じである場合に、前記光源制御部は、前記二次元走査により、前記光源から前記第１の小領域へ照射される光の強度分布と前記光源から前記第２の小領域へ照射される光の強度分布とが、互いに異なるように、前記光源を制御する、ことを特徴とする。

本実施形態の表示方法は、光源から出射された光を、光偏向器を用いて走査することで、描画領域に描画データに基づく像を形成する表示方法であって、前記光偏向器を用いた走査は、前記描画領域について、主走査方向と該主走査方向と直交する副走査方向とを走査する二次元走査であり、前記光偏向器による前記二次元走査を、前記描画領域における前記主走査方向端部で折り返すことで、前記副走査方向の位置を異ならせながら前記主走査方向に複数の走査を行わせることで実施する走査制御ステップと、前記描画領域を、前記形成する像の解像度に基づき、同一形状かつ同一面積の複数の小領域に分割し、前記複数の小領域のうち、前記描画領域の中央部側に位置する小領域を第１の小領域、前記描画領域の端部側に位置する小領域を第２の小領域と定義し、前記描画データにおける前記第１の小領域の輝度と前記第２の小領域の輝度とが同じである場合に、前記二次元走査により、前記光源から前記第１の小領域へ照射される光の強度分布と前記光源から前記第２の小領域へ照射される光の強度分布とが、互いに異なるように、前記光源を制御する光源制御ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、均一の光で走査した際の被走査面における副走査方向（例えば二次元走査における水平走査方向）の端部又はその近傍の光量分布の均一性（均一度合い）を向上させ画質向上を図ることができる表示装置、表示方法、ヘッドアップディスプレイ及び車両を提供することができる。

車両用ＨＵＤ装置において、フロントガラス越しにユーザから見る自車両の前方風景に重ねて表示エリアに表示される虚像の一例を示す正面図である。 車両用ＨＵＤ装置を搭載した自動車の構成を模式的に示す一部破断の模式側面図である。 車両用ＨＵＤ装置の光学系の内部構成を模式的に示すブロック図である。 車両用ＨＵＤ装置の制御系の内部構成を示すブロック図である。 車両用ＨＵＤ装置及びその周辺装置の概略構成を示すブロック図である。 従来のＨＵＤ装置による技術課題を示す第１の図である。 従来のＨＵＤ装置による技術課題を示す第２の図である。 従来のＨＵＤ装置による技術課題を示す第３の図である。 従来のＨＵＤ装置による技術課題を示す第４の図である。 従来のＨＵＤ装置による技術課題を示す第５の図である。 従来のＨＵＤ装置による技術課題を示す第６の図である。 従来のＨＵＤ装置による技術課題を示す第７の図である。 従来のＨＵＤ装置による技術課題を示す第８の図である。 従来のＨＵＤ装置による技術課題を示す第９の図である。 本実施形態による表示装置の構成の一例を示すブロック図である。 光源制御部による制御を受けた光量分布の一例を示す図である。 二次元走査における第１の小領域、第２の小領域の一例を示す図である。 中間像スクリーンの構成の一例を示す図である。 マイクロレンズアレイの出射側から見た中間像の一例を示す図である。 描画領域全体を均一の明るさとするために均一の走査光でマイクロレンズアレイを走査した際のマイクロレンズアレイの各マイクロレンズにおける光量と走査線軌跡との関係の一例を示す図（模式図）である。 描画領域全体を均一の明るさとするために光源からマイクロレンズアレイの各マイクロレンズに照射された光の強度分布について各マイクロレンズそれぞれの強度分布を互いに異ならせる場合の一例を示す図である。 マイクロレンズアレイの各マイクロレンズにおける光源からの光のパワーの総和を等しくさせる場合の一例を示す図（模式図）である。 マイクロレンズアレイの各マイクロレンズにおける光源からの光のパワーの総和をランダムに変化させる場合の一例を示す図（模式図）である。 複数のフレームを跨いで中間像の描画領域での光源からの光の強度分布を互いに異ならせる場合の第１の例を示す図である。 複数のフレームを跨いで中間像の描画領域での光源からの光の強度分布を互いに異ならせる場合の第２の例を示す図である。 複数のフレームを跨いで中間像の描画領域での光源からの光の強度分布を互いに異ならせる場合の第３の例を示す図である。 複数のフレームを跨いで光量制御と走査経路制御を行う場合の第１の例を示す図である。 複数のフレームを跨いで光量制御と走査経路制御を行う場合の第２の例を示す図である。 複数のフレームを跨いで光量制御と走査経路制御を行う場合の第３の例を示す図である。 複数のフレームを跨いで光量制御と走査経路制御を行う場合の第４の例を示す図である。 走査線単位での光量制御の一例を示す図である。 光源制御部が光源からの光の照射時間を変更させることにより光源からの光のパワーを変化させる場合の一例を示す図である。 光源制御部が光源からの光の強度を変更させることにより光源からの光のパワーを変化させる場合の一例を示す図である。 図１５のブロック図に推定部を追加したものである。 推定部による推定手法の一例を示す図である。 投光部にルックアップテーブルを設けた表示装置の構成の一例を示すブロック図である。

図１〜図５を参照して、表示装置を適用した車両用ＨＵＤ装置の全体構成の一例について説明する。ここでは、表示装置１は、当該表示装置１による像を観察者の観察領域に投影し、車両のフロントガラス、コンバイナ又はウインドシールド越しに各種の像を虚像として観察者に表示する車両用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）装置に適用されている。

図１は、車両用ＨＵＤ装置１において、フロントガラス３０２越しに運転者（ユーザ）３００から見る自車両３０１の前方風景に重ねて表示エリアに表示される虚像の一例を示す正面図である。図２は、車両用ＨＵＤ装置１を搭載した自動車の構成を模式的に示す一部破断の模式側面図である。図３は、車両用ＨＵＤ装置１の光学系の内部構成を模式的に示すブロック図である。

図２に示すように、車両用ＨＵＤ装置１は、例えば、移動体（走行体）である自動車（自車両３０１）のダッシュボード内に設置される。ダッシュボード内の車両用ＨＵＤ装置１から発せられる画像光である投射光Ｌが光透過部材としてのフロントガラス３０２で反射され、視認者である運転者３００に向かう。これにより、運転者３００は、後述するナビゲーション画像等のＨＵＤ表示画像（像、表示像）を虚像Ｇとして視認することができる。なお、フロントガラス３０２の内壁面に光透過部材としてのコンバイナを設置し、このコンバイナによって反射する投射光Ｌによって運転者に虚像を視認させるように構成してもよい。なお、本明細書における「像、表示像」は、虚像に限定されず、視認対象である像が直接的に結像したものであってもよい。すなわち、本明細書における「像、表示像」は、運転者が視覚を通じて認識できるものであればよい。

フロントガラス３０２の車両内側上部に、車両用ＨＵＤ装置１の表示情報及びその背景（フロントガラス３０２越しの風景）を撮影する前方撮影用カメラ１１０、虚像Ｇ（ＨＵＤ表示画像）の周囲の環境光の明るさ及び色度を検出する環境光センサ（明るさ検出部）１５０が設けられる。ここでいう明るさには、輝度、照度、光度、全光束ならびにそれらの測定結果をもとに算出される値を含む。

車両用ＨＵＤ装置１では、運転者３００から虚像Ｇまでの距離が４ｍ以上となるように、車両用ＨＵＤ装置１の光学系等が構成されている。従来の一般的な車両用ＨＵＤ装置は、運転者３００から虚像Ｇまでの距離が２ｍ程度であった。運転者３００は、通常、車両前方の無限遠点から数十ｍ先の先行車までを注視して運転している。このような遠方に焦点を合わせている運転者３００が２ｍ先の虚像Ｇを視認しようとする場合、焦点距離が大きく異なるので、眼球の水晶体を大きく動かす必要がある。そのため、虚像Ｇに焦点を合わせるまでの焦点調整時間が長くなり、虚像Ｇの内容を認識するまでに時間がかかるうえ、運転者３００の眼球が疲労しやすいという不具合が生じる。また、虚像Ｇの内容を運転者が把握し辛く、虚像Ｇによって情報を運転者へ適切に提供する、という観点で改善の余地がある。

運転者３００から虚像Ｇまでの距離が４ｍ以上であれば、従来よりも、眼球の水晶体を動かす量が減り、虚像Ｇへの焦点調整時間を短縮して虚像Ｇの内容を早期に認識できるようになり、また運転者３００の眼球の疲労を軽減することができる。さらには、虚像Ｇの内容を運転者３００が把握しやすくなり、虚像Ｇによって情報を運転者３００へ適切に提供することが容易になる。運転者３００から虚像Ｇまでの距離が４ｍ以上であれば、眼球をほとんど輻輳運動させることなく虚像Ｇに焦点を合わせることができる。したがって、運動視差を利用して距離感（知覚距離の変化）や奥行き感（知覚距離の違い）を知覚させる効果が眼球の輻輳運動によって薄まってしまうことが抑制される。よって、画像の距離感や奥行き感を利用した運転者の情報知覚効果を有効に発揮させることができる。

図３に示すように、車両用ＨＵＤ装置１は、光学系２３０内に、赤色、緑色、青色のレーザ光をそれぞれ出射する光源としてのレーザ光源（第１、第２、第３のレーザ光源）２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂと、各レーザ光源に対して設けられるコリメータレンズ２０２、２０３、２０４と、２つのダイクロイックミラー２０５、２０６とを備える。車両用ＨＵＤ装置１はさらに、光量調整部２０７と、光偏向器としての光走査装置２０８と、自由曲面ミラー２０９と、中間像形成部としてのマイクロレンズアレイ（光学素子アレイ）２１０と、光反射部材としての投射ミラー２１１とから構成されている。光源ユニット２２０は、レーザ光源２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂ、コリメータレンズ２０２、２０３、２０４、ダイクロイックミラー２０５、２０６が、光学ハウジングによってユニット化されて構成されている。ここで、光源として、レーザ光源２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂ以外のものを用いることも可能である。また、中間像形成部として、マイクロレンズアレイ２１０以外の光学素子アレイを用いることも可能である。

レーザ光源２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１ＢとしてはＬＤ（半導体レーザ素子）を用いる。赤色レーザ光源２０１Ｒから射出される光束の波長は例えば６４０ｎｍであり、緑色レーザ光源２０１Ｇから射出される光束の波長は例えば５３０ｎｍであり、青色レーザ光源２０１Ｂから射出される光束の波長は例えば４４５ｎｍである。

車両用ＨＵＤ装置１は、マイクロレンズアレイ２１０上に結像される中間像を自由曲面ミラー２０９を用いて自車両３０１のフロントガラス３０２に投射することで、その中間像の拡大画像を運転者３００に虚像Ｇとして視認させる。レーザ光源２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂから発せられる各色レーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ２０２、２０３、２０４で略平行光とされ、２つのダイクロイックミラー２０５、２０６により合成される。合成されたレーザ光は、光量調整部２０７で光量が調整された後、光走査装置２０８のミラーによって二次元走査される。光走査装置２０８で二次元走査された走査光Ｌ’は、自由曲面ミラー２０９で反射されて歪みを補正された後、マイクロレンズアレイ２１０に集光され、中間像を描画する。

ここでは、中間像の画素（中間像の一点）ごとの光束を個別に発散させて出射する中間像形成部（光発散部材）として、マイクロレンズアレイ２１０を用いているが、他の光発散部材を用いてもよい。また、中間像Ｇ’の形成方法としては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や蛍光表示管（ＶＦＤ）を利用した方式でもよい。ただし、大きな虚像Ｇを高い輝度で表示させるには、レーザ走査方式が好ましい。

また、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や蛍光表示管（ＶＦＤ）などを利用した方式では、虚像Ｇが表示される表示領域内の非画像部分にも僅かながら光が照射され、これを完全に遮断することが難しい。そのため、当該非画像部分における自車両３０１の前方風景の視認性が低下するというデメリットがある。これに対して、レーザ走査方式によれば、虚像Ｇの表示領域内の非画像部分については、レーザ光源２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂを消灯させることにより当該非画像部分に光が照射されるのを完全に遮断することができる。よって、当該非画像部分における自車両３０１の前方風景の視認性が車両用ＨＵＤ装置１から照射される光によって低下する事態を回避でき、前方風景の視認性を良好に保てるというメリットがある。

更に、運転者に警告等を行うための警告画像の輝度を段階的に高めることで警告の度合いを強めるような場合、表示エリア７００（図１）内に表示されている各種画像のうちの警告画像の輝度だけを段階的に高めるという表示制御が必要になる。このように表示エリア７００内の一部画像について部分的に輝度を高めるような表示制御を行う場合も、レーザ走査方式が好適である。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や蛍光表示管（ＶＦＤ）などを利用した方式では、表示エリア７００における特定部分のみの輝度を変更することが困難であり、表示エリア７００内に表示されている警告画像以外の画像についても輝度が高まってしまう。そのため、警告画像とそれ以外の画像との間の輝度差を広げることができず、警告画像の輝度を段階的に高めることで警告の度合いを強めるという制御は難しい。

光走査装置２０８は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）等の公知のアクチュエータ駆動システムでミラーを主走査方向及び主走査方向と直交する副走査方向に傾斜動作させ、ミラーに入射するレーザ光を二次元走査（ラスタスキャン）する。ミラーの駆動制御は、レーザ光源２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂの発光タイミングに同期して行われる。光走査装置２０８は、例えば、互いに直交する２つの軸回りをそれぞれ揺動あるいは回動する２つのミラーからなるミラー系で構成してもよい（光走査装置２０８はＭＥＭＳミラーに限定されない）。

図４は、車両用ＨＵＤ装置１の制御系２５０の内部構成を示すブロック図である。車両用ＨＵＤ装置１の制御系２５０は、ＦＰＧＡ２５１、ＣＰＵ２５２、ＲＯＭ２５３、ＲＡＭ２５４、インターフェイス（以下、Ｉ／Ｆという）２５５、バスライン２５６、ＬＤドライバ（光源制御部）２５７、ＭＥＭＳコントローラ（走査制御部）２５８を備えている。ＦＰＧＡ２５１は、ＬＤドライバ２５７により、光源ユニット２２０のレーザ光源２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂを動作制御し、ＭＥＭＳコントローラ２５８により、光走査装置２０８のＭＥＭＳ２０８を動作制御する。ＬＤドライバ２５７は、レーザ光源（第１、第２、第３のレーザ光源）２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂを照射させるためのレーザ駆動電流（第１、第２、第３のレーザ駆動電流）を生成し、生成したレーザ駆動電流（第１、第２、第３のレーザ駆動電流）に基づいてレーザ光源（第１、第２、第３のレーザ光源）２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂを駆動させることができる。ＣＰＵ２５２は、車両用ＨＵＤ装置１の各機能を制御する。ＲＯＭ２５３は、ＣＰＵ２５２が車両用ＨＵＤ装置１の各機能を制御するために実行する画像処理用プログラム等の各種プログラムを記憶している。ＲＡＭ２５４はＣＰＵ２５２のワークエリアとして使用される。Ｉ／Ｆ２５５は、外部コントローラ等と通信するためのインターフェイスであり、例えば、自車両３０１のＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して、車両ナビゲーション装置４００や各種センサ装置５００（後述の図５を参照）に接続される。また、Ｉ／Ｆ２５５には、車両用ＨＵＤ装置１の表示情報及びその背景（フロントガラス３０２越しの風景）を撮影する前方撮影用カメラ１１０が接続される。また、Ｉ／Ｆ２５５には、環境光の明るさ及び色度を検出する環境光センサ１５０が接続される。

図５は、車両用ＨＵＤ装置１及びその周辺装置の概略構成を示すブロック図である。虚像Ｇによって運転者へ提供する運転者提供情報を取得する情報取得手段として、車両ナビゲーション装置４００、センサ装置５００などが設けられている。車両用ＨＵＤ装置１は、主に、画像表示手段としての画像光投射手段を構成する光学系２３０と、表示制御手段としての制御系２５０とから構成される。

車両ナビゲーション装置４００は、自動車等に搭載される公知の車両ナビゲーション装置を広く利用することができる。車両ナビゲーション装置４００からは、虚像Ｇに表示させるルートナビゲーション画像を生成するために必要な情報が出力され、この情報は、像を形成するための情報（描画データ）として制御系２５０に入力される。例えば、図１に示すように、自車両３０１が走行している道路の車線（走行レーン）の数、次に進路変更（右折、左折、分岐等）すべき地点までの距離、次に進路変更する方向などの情報を示す画像が含まれている。これらの情報が車両ナビゲーション装置４００から制御系２５０に入力される。これにより、制御系２５０の制御の下、車両用ＨＵＤ装置１によって以下のように表示される。すなわち、走行レーン指示画像７１１、車間距離提示画像７１２、進路指定画像７２１、残り距離画像７２２、交差点等名称画像７２３などのナビゲーション画像が表示エリア７００の上段表示領域Ａに表示される。

また、図１に示した表示例では、表示エリア７００の下段表示領域Ｂに、道路の固有情報（道路名、制限速度等）を示す画像が表示される。この道路の固有情報も、像を形成するための情報（描画データ）として、車両ナビゲーション装置４００から制御系２５０に入力される。制御系２５０は、当該道路固有情報に対応する道路名表示画像７０１、制限速度表示画像７０２、追い越し禁止表示画像７０３等を、車両用ＨＵＤ装置１によって表示エリア７００の下段表示領域Ｂに表示させる。

センサ装置５００は、自車両３０１の挙動、自車両３０１の状態、自車両３０１の周囲の状況などを示す各種情報を検出するための１又は２以上のセンサで構成されている。センサ装置５００からは、虚像Ｇとして表示させる画像を生成するために必要なセンシング情報が出力され、このセンシング情報は、像を形成するための情報（描画データ）として制御系２５０に入力される。例えば、図１に示した画像例には、自車両３０１の車速を示す車速表示画像７０４（図１では「８３ｋｍ／ｈ」という文字の画像）を、表示エリア７００の下段表示領域Ｂに表示させる。そのため、自車両３０１のＣＡＮ情報に含まれる車速情報がセンサ装置５００から制御系２５０に入力され、制御系２５０の制御の下、車両用ＨＵＤ装置１によって当該車速を示す文字画像が表示エリア７００の下段表示領域Ｂに表示される。

センサ装置５００は、自車両３０１の車速を検出するセンサ以外にも、例えば、（１）自車両３０１の周囲（前方、側方、後方）に存在する他車両、歩行者、建造物（ガードレールや電柱等）との距離を検出するレーザレーダ装置や撮像装置、自車両の外部環境情報（外気温、明るさ、天候等）を検出するためのセンサ、（２）運転者３００の運転動作（ブレーキ走査、アクセル開閉度等）を検出するためのセンサ、（３）自車両３０１の燃料タンク内の燃料残量を検出するためのセンサ、（４）エンジンやバッテリー等の各種車載機器の状態を検出するセンサなどが挙げられる。このような情報をセンサ装置５００で検出して、像を形成するための情報（描画データ）として制御系２５０へ送ることで、それらの情報を虚像Ｇとして車両用ＨＵＤ装置１により表示して運転者３００へ提供する。

次に、車両用ＨＵＤ装置１によって表示される虚像Ｇについて説明する。車両用ＨＵＤ装置１において、虚像Ｇによって運転者３００へ提供する運転者提供情報は、運転者３００にとって有用な情報であればどのような情報であってもよい。以下では、一例として、運転者提供情報を受動情報と能動情報とに大別している。

受動情報とは、所定の情報提供条件が満たされたタイミングで運転者３００によって受動的に認知される情報である。したがって、車両用ＨＵＤ装置１の設定タイミングで運転者３００へ提供される情報は受動情報に含まれ、また、情報が提供されるタイミングと情報の内容との間に一定の関係性をもつ情報が受動情報に含まれる。受動情報としては、例えば、運転時の安全性に関わる情報、ルートナビゲーション情報などが挙げられる。運転時の安全性に関わる情報として、自車両３０１と先行車両との車間距離情報（車間距離提示画像７１２）、運転に関わる緊急性のある情報（運転者に緊急操作を指示する緊急操作指示情報などの警告情報あるいは注意喚起情報等）などがある。また、ルートナビゲーション情報は、予め設定された目的地までの走行ルートを案内するための情報であり、公知の車両ナビゲーション装置によって運転者へ提供されるものである。ルートナビゲーション情報としては、直近の交差点で走行すべき走行レーンを指示する走行レーン指示情報（走行レーン指示画像７１１）や、次に直進方向から進路変更すべき交差点や分岐点での進路変更操作を指示する進路変更操作指示情報などが挙げられる。進路変更操作指示情報として、交差点等においていずれの進路をとるべきかの進路指定を行う進路指定情報（進路指定画像７２１）、進路変更操作を行う交差点等までの残り距離情報（残り距離画像７２２）、交差点等の名称情報（交差点等名称画像７２３）がある。

能動情報とは、運転者自らが決めるタイミングで運転者３００によって能動的に認知される情報である。能動情報は、運転者３００の希望するタイミングで運転者３００へ提供されれば十分な情報であり、例えば、情報が提供されるタイミングと情報の内容との間の関係性が低い又は関係性が無い情報は、能動情報に含まれる。能動情報は、運転者３００の希望するタイミングで運転者３００が取得する情報であることから、ある程度の長い期間あるいは常時、表示され続ける。例えば、自車両３０１が走行している道路の固有情報、自車両３０１の車速情報（車速表示画像７０４）、現在時刻情報などが挙げられる。道路の固有情報としては、例えば、その道路名情報（道路名表示画像７０１）、その道路の制限速度等の規制内容情報（制限速度表示画像７０２、追い越し禁止表示画像７０３）、その他当該道路に関わる情報として運転者３００にとって有用なものが挙げられる。

このようにして大別される受動情報と能動情報を、虚像Ｇを表示可能な表示エリア７００内のそれぞれ対応する表示領域に表示させる。具体的には、表示エリア７００を上下方向に２つの表示領域に区分し、そのうちの上段表示領域Ａには主に受動情報に対応する受動情報画像を表示し、下段表示領域Ｂには主に能動情報に対応する能動情報画像を表示する。なお、能動情報画像の一部を上段表示領域Ａに表示させる場合には、上段表示領域Ａに表示される受動情報画像の視認性を優先するように能動情報画像を表示する。

また、表示エリア７００に表示される虚像Ｇとして、立体視を用いて表現された立体視画像を用いている。具体的には、表示エリア７００の上段表示領域Ａに表示される車間距離提示画像７１２及び走行レーン指示画像７１１として、遠近法により表現される遠近法画像を用いている。

詳しくは、車間距離提示画像７１２を構成する５本の横線の長さを上側に向かうほど短くなるようにして、車間距離提示画像７１２を１つの消失点に向かうように透視図法により作図された遠近法画像としている。特に、その消失点が運転者３００の注視点近傍に定まるように車間距離提示画像７１２が表示されることから、運転中の運転者３００に車間距離提示画像７１２の奥行き感を知覚させやすい。更に、横線の太さを上側に向かうほど細く、また横線の輝度を上側に向かうほど低くした遠近法画像としている。これによって、運転中の運転者３００には、車間距離提示画像７１２の奥行き感を更に知覚させやすくなる。

ところで、車両用ＨＵＤ装置（表示装置）１は、今後、路面に表示がＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）重畳されたＡＲ−ＨＵＤ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）への技術展開が期待されている。ＡＲ重畳により、運転者に対してより自然な表示をすることができ、負担なく情報を受け取ることが可能になるため、安全運転へのさらなる貢献が期待される。様々な方式のＨＵＤの中でもレーザ素子を光源としたＬＤ−ＨＵＤは、液晶ＨＵＤのようにバックライトによるポストカードが出ないことから、ＡＲ重畳に適したＨＵＤ方式であると期待されている。ＡＲ重畳を考えるうえで、例えば対向車の情報を提示する際は、対向車線が表示範囲に含まれることが必要になり、広角化がＨＵＤの重要な技術課題になることが想定される。

ＬＤ−ＨＵＤの広角化を図るために、例えば、レーザ走査の走査角を大きくする方法が考えられる。しかし、レーザ走査の走査角を大きくすると、レーザの輝度が同一でも、走査端での走査速度の低下による画角中央の輝度より画角端の輝度が大きくなる現象が発生することや、走査端で走査線の粗密が生じたりすることによる端部の光量分布が不均一になる現象が発生することが懸念される。

例えば、上述した特許文献１では、均一の光を走査しても、被走査面における副走査方向（例えば二次元走査における水平走査方向）の端部又はその近傍における光量分布が不均一となることについて改善の余地がある。より具体的に、副走査方向の端部又はその近傍において、走査線に粗密が生じることにより、均一の光を走査しても被走査面における光量が周期的に増減する。そして、均一の光走査が、被走査面においては、副走査方向の一端部と他端部で交互に光走査が折り返される折り返し部分では相対的に光が密となり明るくなる一方、非折り返し部分では相対的に光が粗となり暗くなってしまう。その結果、観察者の視認性の悪化を招くことが懸念される。

加えて、本実施形態のＬＤ−ＨＵＤのように、マイクロレンズアレイ等の中間像スクリーン上に中間像を形成する場合には、画角端部での光量の不均一性とモアレが顕著になる。とりわけ、中間像スクリーンが光偏向器の光軸に対して傾斜している場合や中間像スクリーンの形状によっては、走査線の軌跡が中間像スクリーン上で変形するので、走査端部での光量分布の不均一性による画質低下を助長してしまう。

ちなみに、上述した特許文献１は、スクリーンに直接的に画像を走査（描画）するものであり、走査スポット自体が画像ピクセルとなるレーザ走査を対象としているため、中間像スクリーンの存在、配置、形状などに起因する技術課題は存在しない。つまり、上述した中間像スクリーンの存在、配置、形状などに起因する技術課題について、特許文献１の技術は、本実施形態の技術の比較対象外である。

例えば、本実施形態のように、中間像スクリーンが光学素子アレイ（マイクロレンズアレイ）である場合は、光学素子アレイにより走査光量分布が量子化されることを踏まえて光量を決定する必要がある。そのため、特許文献１のように、走査スポット自体が画像ピクセルとなる通常のレーザ走査の構成で光量分布を決定するだけでは不十分である。加えて、特許文献１では、レーザ走査の広角化において副走査で走査線が疎になることによる端部画像の周期性のノイズは検討されておらず、端部でのノイズに基づく視認性への影響についても検討されていない。

本実施形態では、均一の光で走査した際の被走査面における副走査方向（例えば二次元走査における水平走査方向）の端部又はその近傍の光量分布の均一性（均一度合い）を向上させ画質向上を図るための構成を具備している。また、中間像スクリーンの影響（中間像スクリーンにより走査光量分布が量子化されること）を踏まえて光源からの光のパワーを制御することによって、画角端部での光量の不均一性を改善し、またモアレの発生を抑制するための構成を具備している。より具体的に、中間像スクリーンにおける中間像の走査位置によって光源光量を変調することにより、走査端部（画角端部）での光量の不均一性を改善し、またモアレの発生を抑制している。

図６、図７は、従来のＨＵＤ装置（本実施形態の光量制御を行っていないＨＵＤ装置）による技術課題を示す第１、第２の図である。図６における破線は光偏向器からの光線経路の例を示している。図７において、実線は走査線軌跡を示しており、破線は画像描画領域を示しており、一点鎖線は走査の振幅中心を示している。

図６に示すように、光偏向器による走査画像が被走査面である中間像スクリーンに描画されて、当該走査画像が投影光学系から投影面に投影される。ここで、中間像スクリーンは光偏向器の光軸に対して傾斜して配置されている。その他、中間像スクリーンの形状によっては、図７に示すように、走査線の軌跡が中間像スクリーン上で変形して、中間像スクリーンの走査角以外に輝度ムラが発生する要因となる。図７では、中間像スクリーンの画像描画領域（破線）における走査線軌跡（実線）の振幅が、下方から上方に向うに連れて大きくなっている。

図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４は、従来のＨＵＤ装置（本実施形態の光量制御を行っていないＨＵＤ装置）による技術課題を示す第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９の図である。

中間像スクリーンによる中間像を形成する表示装置において表示画角を拡大するため、光偏向器の走査角を大きくして、より大きく中間像スクリーン上の画像描画領域を設定することで、中間像を大きく形成することは有効な手段である。

しかし、図８に示すように、高速な主方向の走査（主走査）と、主走査に比べて低速な副走査によって、光源からの光を二次元走査することを想定すると、図９に示すように、主走査方向における画像描画領域の中央部と端部とで、同じ光量、且つ同じ点灯周期で光源を光らせると、空間的な点灯の周期の粗密が発生する。図９において、中間像スクリーン中央（一点鎖線）と中間像スクリーン端部（二点鎖線）を比較すると、前者の方が走査線の周期が粗であり、後者の方が走査線の周期が密である。そのため、図１０に示すように、主走査断面における光量分布は、走査端部での光量が走査中央部での光量よりも大きくなる。

一方、副走査断面では、図１１に示すように、走査中央では走査線の間隔が略均等で十分密であるため、副走査方向で光量が均一となっているのに対して、図１２に示すように、走査端では走査線に粗密が生じるため、副走査方向での光量が周期的に増減して不均一になる。

このように、均一の光で走査した際において、中間像スクリーンの主走査方向の走査端部における光量の増加及び副走査方向の走査端部における光量の不均一性は、図１３に示すような、中間像スクリーン上及び表示画像上でモアレ状のノイズが発生する原因となり、表示画像の品質劣化に繋がってしまう。

なお、図８に示した光偏向器の主走査速度と副走査速度は一例であり、図１４に示すように異なる速度分布であることを制限しない。また、光量分布に関しても同様である。ここで、簡単のために、主方向を中間像スクリーンの水平方向、副方向を垂直方向としたが、中間像に対する走査方向に関してはあくまで一例である。例えば走査方向を９０°回転するなど、主走査、副走査の中間像に対する方向についても制限しない。

図１５は、本実施形態による表示装置１０の構成の一例を示すブロック図である。

表示装置１０は、光源２０と、光偏向器３０と、中間像スクリーン（中間像形成部）４０と、走査制御部５０と、光源制御部６０とを有している。図１５において、実線は制御信号を示しており、破線は画像光を示している。

光源２０は、例えば、レーザ光を出射するレーザ光源から構成される。光源２０は、例えば、図３におけるレーザ光源（第１、第２、第３のレーザ光源）２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂに相当する。

光偏向器３０は、例えば、ＭＥＭＳミラーから構成される。光偏向器３０は、例えば、図３における光走査装置２０８に相当する。

中間像スクリーン４０は、例えば、光偏向器３０の二次元走査による中間像を形成する。中間像スクリーン４０は、例えば、図３におけるマイクロレンズアレイ（光学素子アレイ）２１０に相当する。中間像スクリーン４０は、換言すると光偏向器３０により二次元走査される被走査面である。

表示装置１０は、光偏向器３０を用いて光源２０からの光を主走査方向と副走査方向に二次元走査して像を形成するものである。より具体的に、表示装置１０は、光偏向器３０により被走査面である中間像スクリーン４０を二次元走査することにより中間像を中間像スクリーン４０に形成するものである。すなわち、中間像スクリーン４０（被走査面）が、画像描画領域（描画領域）である。中間像スクリーン４０がマイクロレンズアレイである場合、形成された中間像は、マイクロレンズアレイを透過して、コンバイナ（フロントガラス３０２）へ拡大投影される。また、画像描画領域（描画領域）は、複数の光学素子を二次元に配列した光学素子アレイを有する中間像形成部であり、複数の小領域（例えば、後述する第１、第２の小領域）は、複数の光学素子である（で構成される）。

走査制御部５０は、光偏向器３０に、副走査方向の位置を異ならせながら主走査方向に複数の走査を行わせる。走査制御部５０は、光偏向器３０に、二次元走査を実行するための走査制御信号を出力する。走査制御部５０は、例えば、図４におけるＭＥＭＳコントローラ２５８に相当する。

光源制御部６０は、光偏向器３０による二次元走査における描画領域、すなわち中間像スクリーン４０に形成される中間像における描画領域での光源２０からの光の強度分布（パワーバランス）を制御する。具体的に光源制御部６０は、光源２０からの光の強度と照射時間の少なくとも一方を変更させることにより光源２０からの光のパワーを変化させる（所定のクロック期間に基づく発光期間で光量を変化させる）。光源制御部６０は、光源２０に、光量調整を実行するための光量制御信号を出力する。光源制御部６０は、例えば、図４におけるＬＤドライバ２５７に相当する。本明細書では、光源制御部６０が行う光源２０からの光のパワーを変化させる制御について、光源制御という表現を用いて説明することもある。

より具体的に、光源制御部６０は、二次元走査における描画領域（中間像における描画領域）に描画する像の解像度に基づき、同一形状かつ同一面積の複数の小領域に分割し、これら複数の小領域について、描画領域の主走査方向における中央部側に位置する小領域を第１の小領域、描画領域の主走査方向における端部側に位置する小領域を第２の小領域と定義し、制御系２５０に入力された描画する像を形成するための情報（描画データ）における第１の小領域の輝度と第２の小領域の輝度とが同じ輝度である場合に、光源２０から第１の小領域へ照射される光の強度分布と、光源２０から第２の小領域へ照射される光の強度分布とを互いに異ならせる。上述したように、被走査面（描画領域）の主走査方向の走査端部における光量の増加及び副走査方向の走査端部における光量の不均一性は、表示画像の品質劣化に繋がってしまう。描画する像を形成するための情報（描画データ）の輝度が描画領域全体において同じ輝度である場合に、均一の光量で描画領域を走査して、被走査面（描画領域）における光量の不均一となると、例えば、中間像スクリーン４０及び表示画像でモアレ状のノイズが発生する原因となる（図１３）。この不具合を解消するために、被走査面（描画領域）における光量の不均一性を解消して均一性（均一度合い）が向上するように、二次元走査する際に描画領域に応じて、光源２０からの光の強度分布を互いに異ならせる（増減させる）。

図１６は、描画する像を形成するための情報（描画データ）の輝度が描画領域全体において同じ輝度である場合、換言すると、描画領域全体を均一の明るさとする際の光源制御部６０による光源制御（光源２０からの光のパワーを変化させる制御）を行った際の光量分布の一例を示す図である。図１６において、実線は光源制御部６０による光源制御を行った際の主走査断面での光量分布を示しており、破線は各点灯による光量分布を示しており、一点鎖線は光源制御部６０による光源制御を行っていない主走査断面での光量分布（図１０に対応している）を示している。図１６に示すように、光源制御部６０による光源制御を行うことで、主走査方向と副走査方向の走査端部における輝度増加を低減することができる。

図１７Ａ〜図１７Ｃに二次元走査における第１の小領域、第２の小領域の一例を示した。図１７Ａ〜図１７Ｃの第１、第２の小領域は、中間像スクリーン４０（被走査面）である画像描画領域（描画領域）を形成像の解像度に基づいて分割したものであり、それぞれ、同一形状かつ同一面積を有している。第１の小領域は、描画領域の主走査方向における中央部側に位置しており、第２の小領域は、描画領域の主走査方向における端部側に位置している。また描画データにおける第１、第２の小領域の輝度が同じであることを想定している。

図１８は、中間像スクリーン４０の構成の一例を示す図である。図１８に示すように、中間像スクリーン４０は、複数のマイクロレンズ（光学素子）４１を含むマイクロレンズアレイ（光学素子アレイ）４２から構成されている。各マイクロレンズ４１は、同一形状であり同一面積である。

図１９は、マイクロレンズアレイ４２の出射側から見た中間像の一例を示す図である。マイクロレンズアレイ４２を中間像スクリーン４０とした場合、光偏向器３０で二次元走査されるマイクロレンズアレイ４２の入射側の光量分布は、マイクロレンズアレイ４２で量子化される。

図２０は、描画領域全体を均一の明るさとするために、均一の走査光でマイクロレンズアレイ４２を走査した際の、マイクロレンズアレイ４２の各マイクロレンズ４１における光量と走査線軌跡との関係の一例を示す図（模式図）である。図２０において、左側が画像描画領域の中心部側に相当し、右側が画像描画領域の端部側に相当する。つまり、左側（画像描画領域の中心部側）の方が相対的に光量が小さく、右側（画像描画領域の端部側）の方が相対的に光量が大きい。マイクロレンズアレイ４２では、光偏向器３０の走査速度と走査位置に加えて、マイクロレンズアレイ４２の各マイクロレンズ４１との重畳によって光量分布が決定される。

図２１Ａ、図２１Ｂは、描画領域全体を均一の明るさとするために、光源２０からマイクロレンズアレイ４２の各マイクロレンズ４１に照射された光の強度分布について、各マイクロレンズ４１それぞれの強度分布を互いに異ならせる場合の一例を示す図である。図２１Ａにおいて、破線は走査線軌跡を示しており、円形の破線で囲まれた領域は光偏向器３０を介した光源２０からの光のスポットを示している。図２１Ａに示すように、マイクロレンズＡでは、光偏向器３０を介した光源２０からのスポットが２つであるのに対して、マイクロレンズＢでは、光偏向器３０を介した光源２０からのスポットが３つとなっている。図２１Ｂにおいて、一点鎖線はマイクロレンズＡ上の各点灯による光量分布を示しており、二点鎖線はマイクロレンズＢ上の各点灯による光量分布を示している。図２１Ａ、図２１Ｂに示すように、光源制御部６０は、光源２０からマイクロレンズアレイ４２の各マイクロレンズ４１に照射された光の強度分布について、各マイクロレンズ４１それぞれの強度分布を互いに異ならせる。すなわち、マイクロレンズアレイ４２による量子化後を考慮して、個々のマイクロレンズ４１のピクセル上の光量分布を変化させる。

図２２は、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズにおける光源からの光のパワーの総和を等しくさせる場合の一例を示す図（模式図）である。図２２では、図２０と同様に、左側が画像描画領域の中心部側に相当し、右側が画像描画領域の端部側に相当する。図２２に示すように、描画領域全体を均一の明るさとするために、光源制御部６０は、光源２０からマイクロレンズアレイ４２の各マイクロレンズ４１に照射される光のパワーについて、各マイクロレンズ４１それぞれにおける光のパワーの総和量を、各マイクロレンズ４１で等しくさせる。すなわち、光源制御部６０は、二次元走査により、光源２０から光学素子アレイ（マイクロレンズアレイ）４２に照射される光のパワーについて、光学素子アレイ（マイクロレンズアレイ）４２における複数の光学素子（マイクロレンズ）４１の各々に照射される光のパワーの総和が、複数の光学素子（マイクロレンズ）４１間で等しくなるよう、光源２０を制御する。このように、マイクロレンズアレイ４２による量子化後を考慮して、個々のマイクロレンズ４１のピクセル強度を均一にする。これにより、中間像及び表示画像の視認性を改善することができる。

図２３は、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズにおける光源からの光のパワーの総和をランダムに変化させる場合の一例を示す図（模式図）である。図２３では、図２０と同様に、左側が画像描画領域の中心部側に相当し、右側が画像描画領域の端部側に相当する。図２３に示すように、光源制御部６０は、描画領域全体を均一の明るさとするために、光源２０からマイクロレンズアレイ４２の各マイクロレンズ４１に照射される光のパワーについて、各マイクロレンズ４１それぞれにおける光のパワーの総和量を、各マイクロレンズ４１でランダムに変化させる。すなわち、光源制御部６０は、二次元走査により、光源２０から光学素子アレイ（マイクロレンズアレイ）４２に照射される光のパワーについて、光学素子アレイ（マイクロレンズアレイ）４２における複数の光学素子（マイクロレンズ）４１の各々に照射される光のパワーの総和が、複数の光学素子（マイクロレンズ）４１間でランダムに変化するよう、光源２０を制御する。仮に、マイクロレンズアレイ４２（マイクロレンズ４１）のサイズ及び光偏向器３０の走査線軌跡に応じて各マイクロレンズ４１それぞれの光量を均一にするために、光源２０からの光のプロファイルから変更しようとすると、装置の大型化や複雑化を招くおそれがある。そこで、図２３に示すように、マイクロレンズアレイ４２の各マイクロレンズ４１での光量分布がランダムになるように光源制御部６０を制御することで、光源２０からの光のプロファイルを変更せずに、走査端部でのモアレ状ノイズの周期性を低減して、中間像及び表示画像の品質を向上させることができる。

図２２、図２３に示した光源制御部６０の制御は一例である。光源制御部６０は、描画領域全体を均一の明るさとするために、二次元走査における光源２０から光学素子アレイ（マイクロレンズアレイ）４２に照射される光のパワーについて、光学素子アレイ（マイクロレンズアレイ）４２における複数の光学素子（マイクロレンズ）４１の各々に照射される光のパワーの総和が、複数の光学素子（マイクロレンズ）４１間で、光学素子アレイ（マイクロレンズアレイ）４２の配列方向に基づいて周期性を持って変化するよう、光源２０を制御する。これにより、走査端部でのモアレ状ノイズの周期性を低減して、中間像及び表示画像の品質を向上させることができる。

本実施形態の表示装置１０は、光源２０から出射された光を、光偏向器３０を用いて走査することで描画領域に、描画データに基づく像を形成するものである。表示装置１０は、光源２０から出射される光の強度を制御する光源制御部６０と、光偏向器３０を制御する走査制御部５０とを有している。光偏向器３０を用いた走査は、描画領域を、主走査方向と、該主走査方向と直交する副走査方向とを走査する二次元走査である。走査制御部５０は、光偏向器３０による二次元走査を、描画領域における主走査方向端部で折り返すことで、副走査方向の位置を異ならせながら主走査方向に複数の走査を行わせることで実施する。

以上の説明は、分かりやすいように、描画する像を形成するための情報（描画データ）の輝度が描画領域全体において同じ輝度である場合、換言すると、描画領域全体（マイクロレンズアレイ４２）を均一の明るさとする場合を具体例として説明した。実際には、描画領域（マイクロレンズアレイ４２）は、描画する像の解像度に基づき、同一形状かつ同一面積の複数の小領域（マイクロレンズ４１）に分割されており、制御系２５０に入力された描画する像を形成するための情報（描画データ）において、各小領域（各マイクロレンズ４１）の輝度が異なることもあるが、その場合でも、描画領域全体において同じ輝度である場合での各小領域に照射される光のパワーの総和の制御に基づいて、各小領域に照射される光のパワーの総和の制御することで、中間像及び表示画像の視認性を改善することができる。

特に、描画領域の主走査方向における中央部側に位置する小領域を第１の小領域、描画領域の主走査方向における端部側に位置する小領域を第２の小領域と定義し、制御系２５０に入力された描画する像を形成するための情報（描画データ）における第１の小領域の輝度と第２の小領域の輝度とが同じ輝度である場合に、描画領域全体において同じ輝度である場合での各小領域に照射される光のパワーの総和の制御に基づいて、光源２０から第１の小領域へ照射される光の強度分布と、光源２０から第２の小領域へ照射される光の強度分布とを互いに異ならせるように制御することで、中間像及び表示画像の視認性を改善することができる。以上の二次元走査に係る制御は、光源制御部６０によって実行される。

ここで、中間像スクリーン４０（マイクロレンズアレイ４２）は、少なくとも１つのフレーム（時間区間）に基づく中間像を形成する。このフレーム（時間区間）は、描画領域の二次元走査における走査開始位置から走査終了位置までの走査時間を最小単位とした所定の時間区間である。

この場合、光源制御部６０は、上記のフレーム（時間区間）で（に基づいて）、制御系２５０に入力された描画する像（形成される像）を区分した場合に、１つのフレーム（時間区間）において、二次元走査により、光源２０から第１の小領域へ照射される光の強度分布と光源２０から第２の小領域へ照射される光の強度分布とが、互いに異なるように、光源２０を制御する。１つのフレーム（時間区間）において中間像を形成するレーザ走査の強度を変更することで、走査端部での光量の不均一性を抑えるとともに、モアレ状ノイズの周期性を低減して、中間像及び表示画像の品質を向上させることができる。

あるいは、光源制御部６０は、上記のフレーム（時間区間）で（に基づいて）、制御系２５０に入力された描画する像（形成される像）を区分した場合に、複数のフレーム（時間区間）を跨いで、二次元走査により、光源２０から第１の小領域へ照射される光の強度分布と光源２０から第２の小領域へ照射される光の強度分布とが、互いに異なるように、光源２０を制御する。複数のフレーム（時間区間）を跨いで中間像を形成するレーザ走査の強度を変更することで、走査端部での光量の不均一性を抑えるとともに、モアレ状ノイズの周期性を低減して、中間像及び表示画像の品質を向上させることができる。加えて、制御負荷を小さく抑えることができる。

光偏向器３０による走査の１フレームが十分に高速である場合、実際には、観察者は、複数フレームの走査分を加算して視認することになる。複数フレーム間を跨いで中間像スクリーン４０における光量を変更することで、観察者が視認する複数フレーム加算後の中間像及び表示画像の光量を均一化して、観察者の視認性を向上することができる。

図２４、図２５、図２６は、複数のフレーム（時間区間）を跨いで中間像スクリーン４０（マイクロレンズアレイ４２）が形成した中間像の描画領域（例えば第１、第２の小領域）での光源２０からの光の強度分布を互いに異ならせる場合の第１、第２、第３の例を示す図である。

例えば、図２４に示すように、ヒトの眼の積算期間（時間分解能）に対して画像形成の３フレーム分（第１、第２、第３フレーム期間）が相当する場合を考える。この場合、図２５に示すように、各フレーム期間は、時間と副走査方向の振幅の関係を見たとき、前半（大部分）の描画期間と後半（小部分）の不点灯期間を有している。

そして、図２６に示すように、図２４における第１、第２、第３フレーム期間の光量分布（光の強度分布）を異ならせている。図２６において、実線は第１、第２、第３フレーム期間の積算の光量分布（光の強度分布）を示しており、破線は第１、第３フレーム期間の光量分布（光の強度分布）を示しており、一点鎖線は第２フレーム期間の光量分布（光の強度分布）を示している。図２６に示すように、第１、第２、第３フレーム期間の少なくとも一部の光量分布（光の強度分布）を異ならせることで、積算後の光量分布（光の強度分布）の均一性を高めることができる。その際、図２５に示すように、フレーム間に光源２０の不点灯期間を挟むため、時間に余裕があり、光源制御部６０による光源制御をフレーム内の細かい光量調整ではなく簡単なＯＮ／ＯＦＦ制御としてもよいため、光源制御部６０の制御負担を小さくすることができる。なお、図２６の光量調整はあくまで一例であり、任意の強度でフレーム間の光強度を設定することができる。例えば、第１、第２、第３フレーム期間の光量分布（光の強度分布）を全て異ならせてもよい。

図２４〜図２６で説明した光源制御部６０による光量制御に加えて、走査制御部５０が、複数のフレーム（時間区間）において、第１のフレーム（時間区間）における描画領域の二次元走査の経路と、第２のフレーム（時間区間）における二次元走査の経路とが、互いに異なるように、光偏向器３０を制御する。すなわち、複数のフレーム（時間区間）を跨いで光源光量と走査経路を同時に変更することで、走査端部での光量分布の不均一性を抑えることができる。

上述した通り、中間像スクリーン４０上の光の不均一性は、副走査期間中に画像描画領域を往復する主走査の軌跡における、往路及び復路の間隔の変化が影響する。特に、副走査方向の周期的な光量のムラに対しては、フレーム間で光源強度と合わせて走査線軌跡を変更することで、より一層、光量分布の均一性を高めることができる。

図２７、図２８、図２９、図３０は、複数のフレーム（時間区間）を跨いで光量制御と走査経路制御を行う場合の第１、第２、第３、第４の例を示す図である。

図２７は、走査線毎に光量をランダムに変化させたときの走査端の副走査方向の強度分布を示している。図２７において、破線はランダムに強度を変更した走査線毎の強度分布を示しており、一点鎖線は副走査断面の走査線の総和の強度分布を示している。図２７に示すように、光量増減の周期性はある程度までは低減しているが、光量分布上のムラは残存している。

図２８は、第１、第２フレーム期間が加算して視認される場合において、第１、第２フレーム期間で光量分布を異ならせた場合を示している。図２８において、実線は主走査断面での光量分布を示しており、一点鎖線は第１フレーム期間による光量分布を示しており、二点鎖線は第２フレーム期間による光量分布を示している。図２８は、図２７よりも光量分布が均一になっていることが分かる。

図２９は、第１、第２フレーム期間が加算して視認される場合において、第１、第２フレーム期間で走査線軌跡を異ならせた場合を示している。図２９において、実線は第１フレーム期間の走査線軌跡を示しており、破線は第２フレーム期間の走査線軌跡を示している。図２８に示した光量分布の制御とともに、図２９で示した走査線軌跡の制御を行うことで、より一層（図２７、図２８より）、光量分布を均一にすることができる。

なお、図２７では、走査線毎に光量をランダムに変化させた場合を例示して説明したが、走査線毎の光量の変化のさせ方はこれに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能である。例えば、図３０に示すように、走査線毎に光量を任意の周期で変化させてもよい。

光源制御部６０は、二次元走査における走査線を基準として、光源からの光のパワーを変化させることができる。例えば、光源制御部６０は、主走査の往路及び復路が形成する走査線単位で、光源２０からの光量を制御することができる。その際、光源制御部６０は、二次元走査における走査線を基準として、光源２０からの光のパワーをランダムに変化させてもよいし、光源２０からの光のパワーを走査線の周期に従って変化させてもよい。

図３１は、走査線単位での光量制御の一例を示す図である。図３１において、実線は走査線軌跡を示しており、破線は画像描画領域の主走査端を示しており、二点鎖線は光偏向器３０の主走査端を示している。図３１に示すように、光偏向器３０の主走査端（二点鎖線）は、画像描画領域の主走査端（破線）から両端部にはみ出している。中央部に位置する光偏向器３０の主走査端（二点鎖線）と画像描画領域の主走査端（破線）の共通領域が画像描画領域（点灯領域）となる。両端部に位置する光偏向器３０の主走査端（二点鎖線）の画像描画領域の主走査端（破線）からのはみ出し領域が非画像描画領域（不点灯領域）となる。

図３１に示すように、走査線単位での光量制御とすることで、主走査におけるピークまで画像描画に使用しない場合には、主走査における不点灯期間を光量変更の間に挟むことができる。また、ピークまで描画する場合であっても、走査線上で光量を変化させるより、光量変化の間のインターバルを大きくすることができ、光源制御部６０の負担を小さくすることができる。また、光量を均一に制御しきれない場合は、走査線の周期を小さくしてモアレによるノイズを低減することも可能である。

図３２は、光源制御部６０が光源２０からの光の照射時間を変更させることにより光源２０からの光のパワーを変化させる場合の一例を示す図である。図３２では、同一の時間単位から構成される光源制御周期１〜４が設定されている。光源制御周期３の光の照射時間が最も長く、光源制御周期１の光の照射時間が２番目に長く、光源制御周期２の光の照射時間が３番目に長く、光源制御周期４の光の照射時間が最も短い。光源制御周期１〜４における光の強度は同一である。

図３３は、光源制御部６０が光源２０からの光の強度を変更させることにより光源２０からの光のパワーを変化させる場合の一例を示す図である。図３３では、同一の時間単位から構成される光源制御周期１〜４が設定されている。光源制御周期３の光の強度が最も強く、光源制御周期１の光の強度が２番目に強く、光源制御周期２の光の強度が３番目に強く、光源制御周期４の光の強度が最も弱い。光源制御周期１〜４における光の照射時間は同一である。

図３２、図３３は、光源２０からの光の波形を矩形波とした場合を例示して説明したが、例えば、ガウス波形や他のパルス形状を光源２０からの光の波形としてもよい。また、光源２０からの光の照射時間と強度の両方を変更させることにより光源２０からの光のパワーを変化させてもよい。

図３４は、図１５のブロック図に推定部７０を追加したものである。推定部７０は、走査制御部５０から光偏向器３０の走査に関する情報を取得する。具体的に推定部７０は、走査制御部５０から、光偏向器３０による主走査方向と副走査方向の走査角に関する情報を取得して、当該情報（走査角）に対応する中間像スクリーン４０に中間像を形成する際の走査位置を推定する。推定部７０による推定結果に関する情報は、光源制御部６０に出力され、光源制御部６０は、推定部７０の推定結果に基づいて、中間像スクリーン４０に中間像を形成する際の走査位置での光源２０からのパワーを制御する。このように、光源制御部６０は、光偏向器３０による主走査方向と副走査方向の走査角に基づいて、描画領域における走査位置での光源２０から照射される光のパワーを制御する。中間像スクリーン４０に中間像を形成する際の走査位置を推定すれば、光源制御部６０による光量制御の位置精度を高めることが可能になる。

図３５は、推定部７０による推定手法の一例を示す図である。図３５に示すように、光偏向器３０の中心からの光偏向器３０の反射面に垂直な直線が、同じく中間像スクリーン４０の中心を通り、中間像スクリーン４０の面に対して垂直な場合を想定すると、光偏向器３０の走査角を利用して、下記の条件式（１）、（２）によって、中間像スクリーン４０に形成される中間像における描画領域を推定する。
Ｘ＝Ｌ×ｔａｎ（θｘ）・・・（１）
Ｙ＝Ｌ×ｔａｎ（θｙ）・・・（２）
但し、
Ｘ：中間像スクリーン４０の中心から描画領域までの主走査方向の距離（符号は主走査方向に対する向きを表す座標軸に従う）、
Ｙ：中間像スクリーン４０の中心から描画領域までの副走査方向の距離（符号は副走査方向に対する向きを表す座標軸に従う）、
Ｌ：光偏向器３０の中心から中間像スクリーン４０の中心までの距離、
θｘ：光偏向器３０による主走査方向の走査角、
θｙ：光偏向器３０による副走査方向の走査角、
である。

条件式（１）、（２）による推定手法はあくまで一例であって、他の推定手法を制限するものではない。例えば、位置推定による遅延時間を条件式（１）、（２）のＸ、Ｙのオフセット量として加減してもよいし、走査角と中間像スクリーン４０上の光の位置との関係を示すルックアップテーブル（ＬＵＴ）を予め記憶しておき、走査角に応じてルックアップテーブルを参照・選択することで、中間像スクリーン４０に形成される中間像における描画領域を推定してもよい。

光源制御部６０は、中間像スクリーン４０による中間像（描画領域に形成された像）を観察者が観察した際の光量分布に基づいて、光源２０からの光のパワーを制御する。すなわち、光偏向器３０と中間像スクリーン４０の間の観察系による拡大・縮小を考慮して、光量分布を制御する。

図３６は、投光部８０にルックアップテーブル８１を設けた表示装置１０の構成の一例を示すブロック図である。図３６において、実線は制御信号を示しており、破線は画像光を示しており、二点鎖線は光量分布比情報を示している。

図３６に示すように、中間像スクリーン４０による中間像は、投光部８０の投影面に拡大・縮小されて投影される。図３６において、中間像のサイズがＡであり、投光部８０の投影像のサイズがＢであり、Ｂ＞Ａとなっている（中間像が拡大されて投影される）。その際、中間像の拡大・縮小に用いられる光学素子（自由曲面ミラーや投射ミラーの反射面など）の影響により、サイズ変化以外に光量分布が変化する場合がある。

そこで、中間像（サイズＡ）と投影像（サイズＢ）の光量分布の関係を規定したルックアップテーブル（ＬＵＴ）８１を投光部８０に予め記憶しておき、走査角に応じてルックアップテーブルを参照・選択することで、光源２０からの光のパワーを制御する。当該制御に当たっては、投光部８０のルックアップテーブル８１から光源制御部６０に、中間像（サイズＡ）と投影像（サイズＢ）の光量分布の関係を規定した光量分布比情報が出力され、光源制御部６０は、入力した光量分布比情報に基づいて、光源２０からの光のパワーを制御する。

なお、図３６では、ルックアップテーブル８１を投光部８０に設けた場合を例示して説明したが、ルックアップテーブル８１を光源制御部６０に設けることも可能である。また、ルックアップテーブル８１が記憶する光量分布比情報は、周辺環境（温度等）を踏まえた光学素子の特性を踏まえて動的に推定してもよく、光量分布比情報の取得方法は制限されない。

光源制御部６０は、二次元走査における所定の主走査位置を走査する際の光源２０から該所定の主走査位置へ照射される光のパワーを基準として、二次元走査における光源２０からの光のパワーをランダムに変化させてもよい。

光源制御部６０は、二次元走査における所定の主走査位置を走査する際の光源２０から該所定の主走査位置へ照射される光のパワーを基準として、二次元走査における光源２０からの光のパワーを二次元走査の周期に従って変化させてもよい。

以上の実施形態では、表示装置を移動体である車両に搭載する車両用ＨＵＤ装置（ヘッドアップディスプレイ）に適用した場合を例示して説明したが、表示装置の適用対象はこれに限定されるものではない。例えば、車両用以外でも、表示装置により形成された像を観察者が観察する観察領域に投影し、当該像を虚像として観察者に表示するヘッドアップディスプレイに適用することも可能である。また、ディスプレイ等の画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）等のウェアラブルデバイスに表示装置を適用することも可能である。

以上の実施形態では、光偏向器による走査画像を中間像スクリーンに描画して、当該走査画像を投影光学系から投影面に投影する表示装置を例示して説明した。これに対し、中間像スクリーンを省略して、光偏向器による走査画像を直接的にスクリーンの投影面に投影する表示装置とすることも可能である。

１ 表示装置（車両用ＨＵＤ装置）
１０ 表示装置
２０ 光源
３０ 光偏向器
４０ 中間像スクリーン（中間像形成部）
４１ マイクロレンズ（光学素子）
４２ マイクロレンズアレイ（光学素子アレイ）
５０ 走査制御部
６０ 光源制御部
７０ 推定部
８０ 投光部
８１ ルックアップテーブル（ＬＵＴ）

Claims (20)

1. 光源から出射された光を、光偏向器を用いて走査することで、描画領域に描画データに基づく像を形成する表示装置であって、
   前記光源から出射される光の強度を制御する光源制御部と、
   前記光偏向器を制御する走査制御部と、
   を有し、
   前記光偏向器を用いた走査は、前記描画領域について、主走査方向と該主走査方向と直交する副走査方向とを走査する二次元走査であり、
   前記走査制御部は、前記光偏向器による前記二次元走査を、前記描画領域における前記主走査方向端部で折り返すことで、前記副走査方向の位置を異ならせながら前記主走査方向に複数の走査を行わせることで実施し、
   前記描画領域を、前記形成する像の解像度に基づき、同一形状かつ同一面積の複数の小領域に分割し、
   前記複数の小領域のうち、前記描画領域の前記主走査方向における中央部側に位置する小領域を第１の小領域、前記描画領域の前記主走査方向における端部側に位置する小領域を第２の小領域と定義し、
   前記描画データにおける前記第１の小領域の輝度と前記第２の小領域の輝度とが同じである場合に、
   前記光源制御部は、前記二次元走査により、前記光源から前記第１の小領域へ照射される光の強度分布と前記光源から前記第２の小領域へ照射される光の強度分布とが、互いに異なるように、前記光源を制御する、
   ことを特徴とする表示装置。
2. 前記描画領域の二次元走査における走査開始位置から走査終了位置までの走査時間を最小単位とした所定の時間区間で、前記形成される像を区分した場合に、
   前記光源制御部は、１つの時間区間において、前記二次元走査により、前記光源から前記第１の小領域へ照射される光の強度分布と前記光源から前記第２の小領域へ照射される光の強度分布とが、互いに異なるように、前記光源を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記描画領域の二次元走査における走査開始位置から走査終了位置までの走査時間を最小単位とした所定の時間区間で、前記形成される像を区分した場合に、
   前記光源制御部は、複数の時間区間を跨いで、前記二次元走査により、前記光源から前記第１の小領域へ照射される光の強度分布と前記光源から前記第２の小領域へ照射される光の強度分布とが、互いに異なるように、前記光源を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記走査制御部は、前記複数の時間区間において、第１の時間区間における前記描画領域の二次元走査の経路と、第２の時間区間における前記二次元走査の経路とが、互いに異なるように、前記光偏向器を制御する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記描画領域は、複数の光学素子を二次元に配列した光学素子アレイを有する中間像形成部であり、
   前記複数の小領域は、前記複数の光学素子である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の表示装置。
6. 前記光学素子は、マイクロレンズである、
   ことを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. 前記光源制御部は、前記二次元走査により、前記光源から前記光学素子アレイに照射される光のパワーについて、前記光学素子アレイにおける前記複数の光学素子の各々に照射される光のパワーの総和が、前記複数の光学素子間で等しくなるよう、前記光源を制御する、
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の表示装置。
8. 前記光源制御部は、前記二次元走査により、前記光源から前記光学素子アレイに照射される光のパワーについて、前記光学素子アレイにおける前記複数の光学素子の各々に照射される光のパワーの総和が、前記複数の光学素子間でランダムに変化するよう、前記光源を制御する、
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の表示装置。
9. 前記光源制御部は、前記二次元走査により、前記光源から前記光学素子アレイに照射される光のパワーについて、前記光学素子アレイにおける前記複数の光学素子の各々に照射される光のパワーの総和が、前記複数の光学素子間で、前記光学素子アレイの配列方向に基づいて周期性を持って変化するよう、前記光源を制御する、
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の表示装置。
10. 前記光源制御部は、前記主走査方向と前記副走査方向の走査角に基づいて、前記描画領域における走査位置での前記光源から照射される光のパワーを制御する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の表示装置。
11. 前記光源制御部は、前記描画領域に形成された前記像を観察者が観察した際の光量分布に基づいて、前記光源から出射する光のパワーを制御する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の表示装置。
12. 前記光源制御部は、前記二次元走査における所定の主走査位置を走査する際の前記光源から該所定の主走査位置へ照射される光のパワーを基準として、前記二次元走査における前記光源からの光のパワーをランダムに変化させる、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の表示装置。
13. 前記光源制御部は、前記二次元走査における所定の主走査位置を走査する際の前記光源から該所定の主走査位置へ照射される光のパワーを基準として、前記二次元走査における前記光源からの光のパワーを前記二次元走査の周期に従って変化させる、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の表示装置。
14. 前記光源制御部は、前記光源から出射する光の強度と照射時間の少なくとも一方を変更させることにより前記光源から出射する光のパワーを変化させる、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の表示装置。
15. 前記光偏向器は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）である、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の表示装置。
16. 前記光源は、レーザ光を出射するレーザ光源である、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の表示装置。
17. 前記光源は、赤色、緑色、青色のレーザ光をそれぞれ照射する第１、第２、第３のレーザ光源を有し、
    前記光源制御部は、前記第１、第２、第３のレーザ光源を照射させるための第１、第２、第３のレーザ駆動電流を生成し、生成した前記第１、第２、第３のレーザ駆動電流に基づいて前記第１、第２、第３のレーザ光源を駆動させる、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の表示装置。
18. 請求項１から請求項１７のいずれかに記載の表示装置により形成された前記像を観察者が観察する観察領域に投影し、前記像を虚像として前記観察者に表示する、
    ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
19. 請求項１から請求項１７のいずれかに記載の表示装置を備えた、
    ことを特徴とする車両。
20. 光源から出射された光を、光偏向器を用いて走査することで、描画領域に描画データに基づく像を形成する表示方法であって、
    前記光偏向器を用いた走査は、前記描画領域について、主走査方向と該主走査方向と直交する副走査方向とを走査する二次元走査であり、
    前記光偏向器による前記二次元走査を、前記描画領域における前記主走査方向端部で折り返すことで、前記副走査方向の位置を異ならせながら前記主走査方向に複数の走査を行わせることで実施する走査制御ステップと、
    前記描画領域を、前記形成する像の解像度に基づき、同一形状かつ同一面積の複数の小領域に分割し、
    前記複数の小領域のうち、前記描画領域の中央部側に位置する小領域を第１の小領域、前記描画領域の端部側に位置する小領域を第２の小領域と定義し、
    前記描画データにおける前記第１の小領域の輝度と前記第２の小領域の輝度とが同じである場合に、
    前記二次元走査により、前記光源から前記第１の小領域へ照射される光の強度分布と前記光源から前記第２の小領域へ照射される光の強度分布とが、互いに異なるように、前記光源を制御する光源制御ステップと、
    を有することを特徴とする表示方法。