JP6808949B2 - 画像表示装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、光源が射出するレーザ光の調整に関する。

従来から、レーザ光を基に構成された画像をユーザの目の位置から虚像として視認させるヘッドアップディスプレイの輝度調整に関する技術が知られている。例えば、特許文献１には、レーザ光源から出射された光を減光フィルタ（所謂ＮＤフィルタ）で調光して画像を投影するヘッドアップディスプレイが開示されている。

特開２０１４−１９７０５７号公報

特許文献１のヘッドアップディスプレイによれば、部品点数が増加することを抑制しながらＮＤフィルタを適切な位置に移動させることが可能である。一方、ＮＤフィルタを用いた輝度調整では、ＮＤフィルタの移動時間が問題となる。例えば、夜間に画像を最低の輝度で表示して電源を切った後、翌日の昼間に電源を入れた場合には、外光の明るさに応じて画像の輝度を上げて表示させる必要があるため、ＮＤフィルタを大幅に移動させる必要がある。この場合、ＮＤフィルタの移動に時間を要するため、画像の表示を開始するまでに時間が掛かってしまう。同様に、画像の表示中においても、トンネルの出入り口などの外光の明るさが急変する場所を走行する際には、画像の目標輝度を外光の明るさに応じて変更するためにＮＤフィルタを大幅に移動させる必要がある。しかしながら、特許文献１には、ＮＤフィルタを高速に移動させる技術については何ら開示されていない。

本発明が解決しようとする課題は上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、輝度調整のための光量調整手段の移動を高速かつ的確に実行可能な画像表示装置を提供することを主な目的とする。

請求項に記載の発明は、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置であって、前記レーザ光が入射する位置に応じて透過率が異なる光量調整手段と、前記レーザ光の入射する位置を変更するように前記光量調整手段を移動させる第１移動手段および第２移動手段と、を備える。
前記光量調整手段は、第１方向において前記透過率が変化する第１調節エリアと、前記第１方向と交わる第２方向において前記第１調節エリアと並び前記第１方向における前記透過率の増減方向が前記第１調節エリアとは逆方向である第２調節エリアを有する。
前記第１移動手段は、前記第１方向に前記光量調節手段を移動させ、前記第２移動手段は、前記レーザ光が入射する位置が前記第１調整エリアと前記第２調整エリアとで切り替わる前記第２方向に前記光量調整手段を移動させる。
前記第１調節エリアと前記第２調節エリアは、前記第１方向において前記透過率が連続的に変化し、且つ、互いに透過率が増減する方向が逆方向であることを特徴とする。

請求項に記載の発明は、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置であって、前記レーザ光が入射する位置に応じて透過率が異なる光量調整手段と、前記レーザ光の入射する位置を変更するように前記光量調整手段を移動させる第１移動手段および第２移動手段と、を備える。
前記光量調整手段は、第１方向において前記透過率が変化する第１調節エリアと、前記第１方向と交わる第２方向において前記第１調節エリアと並び前記第１方向における前記透過率の増減方向が前記第１調節エリアとは逆方向である第２調節エリアを有する。
前記第１移動手段は、前記第１方向に前記光量調節手段を移動させ、前記第２移動手段は、前記レーザ光が入射する位置が前記第１調整エリアと前記第２調整エリアとで切り替わる前記第２方向に前記光量調整手段を移動させる。
前記第２移動手段を用いずに前記第１移動手段のみを用いて、前記第１調節エリアと前記第２調節エリア間での切り替えをせずに、前記透過率の変更を行うと仮定した場合の前記光量調節手段の前記第１方向における移動距離を、第１移動距離と定義する。
前記光量調整手段は、表示する画像の輝度に応じて取得された前記第１移動距離が所定距離以上の場合、前記第１移動手段と前記第２移動手段とにより移動されることを特徴とする。

また、請求項に記載の発明は、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示し、前記レーザ光が入射する位置に応じて透過率が異なる光量調整手段を備える画像表示装置が実行する制御方法であって、前記レーザ光の入射する位置を変更するように前記光量調整手段を移動させる第１移動工程および第２移動工程を有する。
前記第１移動工程は、前記第１方向に前記光量調節手段を移動させ、前記第２移動工程は、前記レーザ光が入射する位置が前記第１調整エリアと前記第２調整エリアとで切り替わる前記第２方向に前記光量調整手段を移動させる。
前記第２移動手段を用いずに前記第１移動手段のみを用いて、前記第１調節エリアと前記第２調節エリア間での切り替えをせずに、前記透過率の変更を行うと仮定した場合の前記光量調節手段の前記第１方向における移動距離を、第１移動距離と定義する。
前記光量調整手段は、表示する画像の輝度に応じて取得された前記第１移動距離が所定距離以上の場合、前記第１移動工程と前記第２移動工程とにより移動されることを特徴とする。

また、請求項に記載の発明は、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示し、前記レーザ光が入射する位置に応じて透過率が異なる光量調整手段を備える画像表示装置のコンピュータが実行するプログラムであって、前記レーザ光の入射する位置を変更するように前記光量調整手段を移動させる第１移動手段および第２移動手段として前記コンピュータを機能させる。
前記第１移動手段は、前記第１方向に前記光量調節手段を移動させ、前記第２移動手段は、前記レーザ光が入射する位置が前記第１調整エリアと前記第２調整エリアとで切り替わる前記第２方向に前記光量調整手段を移動させる。
前記第２移動手段を用いずに前記第１移動手段のみを用いて、前記第１調節エリアと前記第２調節エリア間での切り替えをせずに、前記透過率の変更を行うと仮定した場合の前記光量調節手段の前記第１方向における移動距離を、第１移動距離と定義する。
前記光量調整手段は、表示する画像の輝度に応じて取得された前記第１移動距離が所定距離以上の場合、前記第１移動手段と前記第２移動手段とにより移動されることを特徴とする。

実施例に係るヘッドアップディスプレイの概略構成を示す。 光源ユニットの構成を示す。 グラデーションＮＤフィルタの正面図を示す。 第１実施例において目標輝度を上げた場合のレーザ入射位置の遷移を示す。 第１実施例において目標輝度を下げた場合のレーザ入射位置の遷移を示す。 第１実施例における処理手順を示すフローチャートである。 第３実施例に係るグラデーションＮＤフィルタの正面図を示す。 第４実施例に係るグラデーションＮＤフィルタの斜視図を示す。 第５実施例に係るレーザ入射位置の遷移を示す。 変形例に係るグラデーションＮＤフィルタの正面図を示す。

本発明の好適な実施形態では、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置であって、前記レーザ光が入射する位置に応じて透過率が異なる光量調整手段と、前記レーザ光の入射する位置を変更するように前記光量調整手段を移動させる第１移動手段および第２移動手段と、を備え、前記第１移動手段と前記第２移動手段は、前記光量調整手段を移動させる方向が異なる。

上記画像表示装置は、光量調整手段と、第１移動手段と、第２移動手段とを備える。光量調整手段は、光源からのレーザ光が入射する位置に応じて透過率が異なる。第１及び第２移動手段は、レーザ光の入射する位置を変更するように光量調整手段を移動させる。ここで、第１移動手段と第２移動手段は、光量調整手段を移動させる方向が異なる。この態様では、画像表示装置は、光量調整手段をそれぞれ異なる方向へ移動させることが可能な第１及び第２移動手段を備えることで、レーザ光の入射位置に応じて透過率が異なる光量調整手段へのレーザ光の入射位置を短時間で調整し、出力されるレーザ光の光量を迅速に目標の光量に設定することができる。

上記画像表示装置の一態様では、前記第１移動手段は、前記光量調整手段を左右方向に移動させ、前記第２移動手段は、前記光量調整手段を上下方向に移動させる。画像表示装置は、この態様により、レーザ光の入射位置を目標の透過率を有する光量調整手段の位置に迅速に移動させることができる。

上記画像表示装置の他の一態様では、前記光量調整手段は、前記レーザ光が入射する位置に応じて透過率が徐変する第１調整エリアおよび第２調整エリアを有し、前記第１調整エリアにおいて透過率が増加する方向は、前記第２調整エリアにおいて透過率が増加する方向と逆方向である。この態様では、画像表示装置は、レーザ光の入射位置を第１調整エリアと第２調整エリアとで適宜切替えることで、出力されるレーザ光の光量を高速に調整することができる。

上記画像表示装置の他の一態様では、前記第１移動手段は、前記光量調整手段を前記透過率が徐変する方向に移動させ、前記第２移動手段は、前記レーザ光が入射する位置が前記第１調整エリアと前記第２調整エリアとで切り替わる方向に前記光量調整手段を移動させる。この態様により、画像表示装置は、第１移動手段により光量調整手段を移動させることでレーザ光の透過率を微調整しつつ、第２移動手段により光量調整手段を移動させることでレーザ光の透過率を大幅に変えることができ、出力されるレーザ光の光量を高速に調整することができる。

上記画像表示装置の他の一態様では、前記光量調整手段は、表示する画像の輝度に応じて取得された前記光量調整手段の移動距離が所定距離以上の場合、前記第１移動手段と前記第２移動手段とにより移動される。この態様により、画像表示装置は、第１移動手段と第２移動手段とを使い分けて、出力されるレーザ光の光量を高速に調整することができる。

上記画像表示装置の他の一態様では、前記光量調整手段は、前記画像の表示中において前記第１移動手段と前記第２移動手段とにより移動される場合、前記第１移動手段による移動が、前記第２移動手段による移動よりも先に開始される。この態様により、画像表示装置は、画像の表示中に画像の輝度が急変するのを好適に抑制することができる。

上記画像表示装置の他の一態様では、前記光量調整手段は、前記画像の表示中において前記第１移動手段と前記第２移動手段とにより移動される場合、前記第１移動手段による移動と、前記第２移動手段による移動とが同時に完了する。この態様により、画像表示装置は、出力されるレーザ光の光量を高速に調整しつつ、画像の表示中に画像の輝度が急変するのを好適に抑制することができる。

上記画像表示装置の他の一態様では、前記光量調整手段は、前記画像の表示中において前記第１移動手段と前記第２移動手段とにより移動される場合であって、前記第２移動手段による移動により生じる前記画像の輝度差が所定差より大きい場合、前記輝度差が前記所定差以下になるように、前記第１移動手段によって移動された後に前記第２移動手段により移動される。この態様により、画像表示装置は、画像の表示中に画像の輝度が急変するのを確実に抑制することができる。

上記画像表示装置の他の一態様では、前記光量調整手段は、前記画像が表示中でない場合に前記第１移動手段と前記第２移動手段とにより移動される場合、前記第２移動手段によって移動された後又は前記第２移動手段による移動と共に、前記第１移動手段により移動される。

本発明の他の実施形態では、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示し、前記レーザ光が入射する位置に応じて透過率が異なる光量調整手段を備える画像表示装置が実行する制御方法であって、前記レーザ光の入射する位置を変更するように前記光量調整手段を移動させる第１移動工程および第２移動工程を有し、前記第１移動工程と前記第２移動工程とでは、前記光量調整手段を移動させる方向が異なる。画像表示装置は、この制御方法を実行することで、第１移動工程と第２移動工程とにより光量調整手段へのレーザ光の入射位置を調整し、光量調整手段を通過後のレーザ光の光量を好適に調整することができる。

本発明の他の実施形態では、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示し、前記レーザ光が入射する位置に応じて透過率が異なる光量調整手段を備える画像表示装置のコンピュータが実行するプログラムであって、前記レーザ光の入射する位置を変更するように前記光量調整手段を移動させる第１移動手段および第２移動手段として前記コンピュータを機能させ、前記第１移動手段と前記第２移動手段は、前記光量調整手段を移動させる方向が異なる。コンピュータは、上述のプログラムを実行することで、第１移動手段と第２移動手段とにより光量調整手段へのレーザ光の入射位置を調整し、光量調整手段を通過後のレーザ光の光量を好適に調整することができる。好適には、上記プログラムは、記憶媒体に記憶される。

以下、図面を参照して本発明の好適な第１〜第５実施例について説明する。

＜第１実施例＞
［ヘッドアップディスプレイの構成］
図１は、第１実施例に係るヘッドアップディスプレイ１００の概略構成図である。図１に示すように、第１実施例に係るヘッドアップディスプレイ１００は、主に、光源ユニット１と、凹面鏡１０と、を備え、フロントウィンドウ２５と、天井部２７と、ボンネット２８と、ダッシュボード２９とを備える車両に取り付けられる。

光源ユニット１は、ダッシュボード２９内に設けられ、表示像を構成する光（「表示光」とも呼ぶ。）を凹面鏡１０に照射させる。この場合、凹面鏡１０で反射した表示光は、ダッシュボード２９に設けられた開口部８９を介してフロントウィンドウ２５へ到達し、さらにフロントウィンドウ２５で反射することで運転者の目の位置に到達する。このように、光源ユニット１は、表示光を運転者の目の位置へ到達させて、運転者に虚像「Ｉｖ」を視認させる。なお、光源ユニット１は、図示しないナビゲーション装置と通信を行うことで、ユーザが設定した目的地への経路（案内経路）の情報など、虚像Ｉｖとして表示させる画像を生成するのに必要な種々の情報を受信してもよい。光源ユニット１は、本発明における「画像表示装置」の一例である。

凹面鏡１０は、光源ユニット１から出射された表示光を、ダッシュボード２９に設けられた開口部８９に向けて反射し、フロントウィンドウ２５へ到達させる。この場合、凹面鏡１０は、表示光が示す画像を拡大して反射する。

なお、光源ユニット１の設置位置は、図１に示すようにダッシュボード２９の内部であることに限定されない。例えば、光源ユニット１は、天井部２７に取り付けられる態様（図示しないサンバイザに取り付けられる態様も含む）であってもよい。この場合、光源ユニット１とフロントウィンドウ２５との間にコンバイナが設けられてもよい。また、光源ユニット１がダッシュボード２９の内部にある態様であっても、コンバイナが設けられていてもよい。この場合、例えば、光源ユニット１から開口部８９に向けて出射された表示光を、ダッシュボード２９上に設けられたコンバイナで受光する構成を採用してもよい。

［光源ユニットの構成］
図２は、光源ユニット１の概略構成を示す。光源ユニット１は、主に、プロジェクタユニット２と、光源部３と、光源ユニット１の駆動電力を供給する電源４と、ナビゲーション装置５１等から虚像Ｉｖの表示に必要なビデオ信号「Ｓ１」及びコントロール信号「Ｓ２」を受信するインターフェース５とを有する。ビデオ信号Ｓ１は、画像コンテンツ信号やプロジェクタ等で対応可能な動画信号であり、例えば、ＲＧＢ８８８やＹＵＶ４４４などが該当する。

プロジェクタユニット２は、光源部３に表示光を出射させるコントロール信号等を生成するユニットであり、主に、電源ブロック６と、コントロールブロック７と、ビデオ信号処理ブロック８と、フレームメモリ１１と、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、タイミングコントローラ１４と、ＭＥＭＳ制御ブロック１５と、ＭＥＭＳドライバ１６と、レーザ制御ブロック１７と、レーザドライバ１８と、モータドライバ１９と、上下駆動回路２０と、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２１、２２と、を有する。

光源部３は、プロジェクタユニット２から供給されるコントロール信号等に基づき表示光を生成して凹面鏡１０に照射させる。光源部３は、主に、ＭＥＭＳミラー３１と、グラデーションＮＤフィルタ３２（３２Ｕ、３２Ｄ）と、ステッピングモータ（左右駆動機構）３３と、左右位置検知センサ３４と、ソレノイド（上下駆動機構）３５と、レーザ光源部３６と、受光素子３７と、上下位置検知センサ４３とを有する。以後では、グラデーションＮＤフィルタ３２にレーザ光が入射する方向を「Ｘ軸方向」、グラデーションＮＤフィルタ３２の長手方向（左右方向）を「Ｚ軸方向」、グラデーションＮＤフィルタ３２の短手方向（上下方向）を「Ｙ軸方向」とし、各正方向を図２に示すように定める。なお、図２では、ＹＺ平面と平行に形成されたグラデーションＮＤフィルタ３２の入射面が説明の便宜上図示されている。

電源ブロック６は、コントロールブロック７から受信するコントロール信号に基づき、電源４から供給された電力をプロジェクタユニット２内で使う電力に変換し、各ブロックへの電源の供給と停止を行う。

コントロールブロック７は、プロジェクタユニット２全体の制御を行う。コントロールブロック７は、ナビゲーション装置５１等からインターフェース５を介して供給されるコントロール信号Ｓ２を受信し、当該コントロール信号Ｓ２が示す指示に応じた動作を行う。例えば、コントロールブロック７は、コントロール信号Ｓ２に基づき、輝度調整、画像の点灯／消灯、カラーバランス調整、画像調整等の処理を行う。コントロールブロック７は、輝度変更ブロック７０を有する。

輝度変更ブロック７０は、コントロール信号Ｓ２が示す輝度変更指示に応じ、ステッピングモータ３３及びソレノイド３５の駆動制御を行うことでグラデーションＮＤフィルタ３２を移動させる。これにより、輝度変更ブロック７０は、コントロール信号Ｓ２により指定された輝度（「目標輝度」とも呼ぶ。）により画像が表示されるように、グラデーションＮＤフィルタ３２におけるレーザ光の入射位置（「レーザ入射位置Ｐｉｎ」とも呼ぶ。）を変更する。この場合、例えば、輝度変更ブロック７０は、想定される目標輝度ごとに、レーザ入射位置Ｐｉｎでの透過率が目標輝度を実現するための透過率となるグラデーションＮＤフィルタ３２の位置を示すマップ等を予め記憶しておき、当該マップを参照してグラデーションＮＤフィルタ３２の移動制御を行う。輝度変更ブロック７０によるグラデーションＮＤフィルタ３２の移動制御については、［グラデーションＮＤフィルタの移動制御］のセクションで詳しく説明する。輝度変更ブロック７０及びステッピングモータ３３の少なくとも一方は、本発明における「第１移動手段」の一例であり、輝度変更ブロック７０及びソレノイド３５の少なくとも一方は、本発明における「第２移動手段」の一例である。また、輝度変更ブロック７０は、本発明におけるプログラムを実行するコンピュータの一例である。

ナビゲーション装置５１は、車外の環境光（即ち外光）の光量を測定するための照度センサ５２と電気的に接続し、照度センサ５２が測定した光量に応じてコントロール信号Ｓ２により指示する目標輝度を決定する。具体的には、ナビゲーション装置５１は、予め記憶した所定のマップ等を参照し、外光の光量が高いほど目標輝度を高くし、外光の光量が小さいほど目標輝度を低く設定する。

ビデオ信号処理ブロック８は、ナビゲーション装置５１等からインターフェース５を介して供給されるビデオ信号Ｓ１に基づいて、ＭＥＭＳ制御ブロック１５やレーザ制御ブロック１７を制御する。また、ビデオ信号処理ブロック８は、ビデオ信号Ｓ１をフレームメモリ１１に書き込み、ＭＥＭＳミラー３１の駆動タイミングに応じて随時読み出し、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色ごとに各ピクセルの輝度に対応するコントロール信号を順次レーザ制御ブロック１７に送信する。ビデオ信号処理ブロック８は、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）として構成されている。

ＲＯＭ１２は、ビデオ信号処理ブロック８が動作するための制御プログラムやデータなどを記憶している。ＲＡＭ１３には、ビデオ信号処理ブロック８が動作する際のワークメモリとして、各種データが逐次読み書きされる。

タイミングコントローラ１４は、フレームメモリ１１からのビデオ信号処理ブロック８による画像データの読み出しタイミングを制御する。また、タイミングコントローラ１４は、ＭＥＭＳ制御ブロック１５を介してＭＥＭＳミラー３１の動作タイミングも制御する。

ＭＥＭＳ制御ブロック１５は、ビデオ信号処理ブロック８から供給されるコントロール信号及びＭＥＭＳミラー３１から供給されるＭＥＭＳミラー３１の変位情報から、実際にＭＥＭＳミラー３１を駆動するための出力信号をＭＥＭＳドライバ１６へ供給する。

ＭＥＭＳドライバ１６は、ＭＥＭＳ制御ブロック１５から供給されたＭＥＭＳミラー３１の駆動信号を、実際のＭＥＭＳミラー３１を動作させる信号になるように増幅させてＭＥＭＳミラー３１に供給する。

レーザ制御ブロック１７は、ビデオ信号処理ブロック８から供給されるコントロール信号と、受光素子３７からの光検出信号とに基づき、レーザ光源部３６を駆動する為の駆動信号を生成し、レーザドライバ１８へ供給する。レーザ制御ブロック１７は、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）ブロック７１を有する。

ＡＰＣブロック７１は、虚像Ｉｖとして表示させる画像の描画エリアの外側領域を特定の輝度で光らせた場合の受光素子３７が検出したＲＧＢの各レーザの出力値を取得し、これらの出力値が予め記憶した基準値（「ＡＰＣ基準値」とも呼ぶ。）になるように調整する。具体的には、ＡＰＣブロック７１は、レーザドライバ１８のゲインを調整したり、ビデオ信号Ｓ１のゲインを調整したりすることにより、受光素子３７の出力値がＡＰＣ基準値になるように制御する。これにより、ＡＰＣブロック７１は、温度変化が生じても、見かけ上の輝度及びカラーバランスを一定に保つ。

ＡＰＣ基準値は、最高輝度及びカラーバランスが最適になるようＲ、Ｇ、Ｂの各レーザのゲイン調整が行われた時点で、Ｒ、Ｇ、Ｂの各レーザをある特定の輝度で光らせた時の受光素子３７の出力値であって、図示しない不揮発メモリなどに記憶される。

レーザドライバ１８は、レーザ制御ブロック１７から供給されるレーザ光源部３６の駆動信号を増幅する。レーザドライバ１８は、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を内蔵し、上述の駆動信号をアナログ信号に変換してレーザ光源部３６へ供給してもよい。

モータドライバ１９は、ステッピングモータ３３を駆動するための駆動回路であり、輝度変更ブロック７０から供給されるコントロール信号に基づきステッピングモータ３３を駆動させてグラデーションＮＤフィルタ３２の左右方向（即ちＺ軸方向）の位置調整を行う。上下駆動回路２０は、ソレノイド３５を駆動するための駆動回路であり、輝度変更ブロック７０から供給されるコントロール信号に基づきソレノイド３５を駆動させてグラデーションＮＤフィルタ３２の上下方向（即ちＹ軸方向）の位置調整を行う。

ＡＤＣ２１は、受光素子３７が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換してＡＰＣブロック７１に供給する。ＡＤＣ２２は、左右位置検知センサ３４が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換して輝度変更ブロック７０に供給する。さらに、ＡＤＣ２２は、上下位置検知センサ４３が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換して輝度変更ブロック７０に供給する。

ＭＥＭＳミラー３１は、グラデーションＮＤフィルタ３２を透過したレーザ光をマイクロレンズアレイ３９に向けて反射する。マイクロレンズアレイ３９は、複数のマイクロレンズが配列されており、ＭＥＭＳミラー３１で反射されたレーザ光が入射する。マイクロレンズアレイ３９の放射面には、中間像が形成される。マイクロレンズアレイ３９から射出された光は、図示しないフィールドレンズ等を介し、凹面鏡１０に入射される。ＭＥＭＳミラー３１には、ピエゾセンサ４１、４２が設けられている。ピエゾセンサ４１は、水平方向（即ちＺ軸方向）のＭＥＭＳミラー３１の位置を検出し、その検出信号をタイミングコントローラ１４に供給する。ピエゾセンサ４２は、垂直方向（即ちＹ軸方向）のＭＥＭＳミラー３１の位置を検出し、その検出信号をタイミングコントローラ１４に供給する。

グラデーションＮＤフィルタ３２は、長手方向において透過率が連続的に変化する上側フィルタ部３２Ｕ及び下側フィルタ部３２Ｄから構成される。上側フィルタ部３２Ｕ及び下側フィルタ部３２Ｄは、短手方向（即ち上下方向）に並べられており、一体となってＹ軸方向及びＺ軸方向に移動自在に構成される。本実施例では、グラデーションＮＤフィルタ３２Ｕの透過率は、Ｚ軸正方向側の端部からＺ軸負方向側の端部にかけて連続的に増加し、グラデーションＮＤフィルタ３２Ｄの透過率は、Ｚ軸負方向側の端部からＺ軸正方向側の端部にかけて連続的に増加する。このように、グラデーションＮＤフィルタ３２Ｕにおいて透過率が増加する方向（即ちＺ軸負方向）と下側フィルタ部３２Ｄにおいて透過率が増加する方向（即ちＺ軸正方向）とは逆方向となっている。即ち、グラデーションＮＤフィルタ３２Ｕにおける透過率の最大位置及び最小位置は、下側フィルタ部３２Ｄの透過率の最大位置及び最小位置とそれぞれ対極の位置となる。なお、グラデーションＮＤフィルタ３２Ｕ、３２Ｄの透過率は、レーザ入射位置ＰｉｎのＺ軸上の位置に応じて線形変化してもよいし、対数変化してもよい。なお、１００００対１といった大きな減衰特性を持たせる場合には、グラデーションＮＤフィルタ３２の小型化のため、透過率が対数的に変化するものが望ましい。グラデーションＮＤフィルタ３２は、本発明における「光量調整手段」の一例である。

ステッピングモータ３３は、モータドライバ１９から供給される駆動信号に基づき、グラデーションＮＤフィルタ３２のＺ軸上の位置を高精度に調整する。ステッピングモータ３３は、Ｚ軸方向に延在するモータ軸４４を有し、モータ軸４４に沿ってグラデーションＮＤフィルタ３２を移動させる。

左右位置検知センサ３４は、グラデーションＮＤフィルタ３２のＺ軸上の位置を検出し、その検出信号をＡＤＣ２２へ供給する。左右位置検知センサ３４は、例えばリニアポジションセンサであって、抵抗値の変化による電圧の変化を内蔵のＡＤＣで読み取ることでグラデーションＮＤフィルタ３２のＺ軸上の位置を検出する。

ソレノイド３５は、Ｙ軸方向にグラデーションＮＤフィルタ３２を３０〜１００ミリ秒程度で高速移動させる２接点ソレノイドである。本実施例では、ソレノイド３５は、レーザ入射位置Ｐｉｎが上側フィルタ部３２Ｕに重なる位置（「Ａ点」とも呼ぶ。）と、レーザ入射位置Ｐｉｎが下側フィルタ部３２Ｄに重なる位置（「Ｂ点」とも呼ぶ。）との間で切り替わる。

レーザ光源部３６は、Ｒ、Ｇ、Ｂの波長を有するレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３を備える。各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３は、レーザドライバ１８からの駆動信号により発光する。レーザ光源部３６は、各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３のレーザ光を平行光にするコリメータレンズと、各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３のレーザ光を合成するための反射ミラーなどを備える。合成されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３８に入射する。そして、偏光ビームスプリッタ３８に入射したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３８を透過してグラデーションＮＤフィルタ３２に入射する光と、偏光ビームスプリッタ３８で反射して受光素子３７に入射する光とに分けられる。

受光素子３７は、偏光ビームスプリッタ３８で反射したレーザ光をＲ、Ｇ、Ｂごとのレーザ光に分解するビームスプリッタを有し、Ｒ、Ｇ、Ｂの各レーザ光の光量（強度）に応じた電気信号である検出信号を生成し、ＡＤＣ２１へ供給する。受光素子３７が生成する検出信号は、レーザパワー安定化のためのフィードバック信号として用いられたり、異常発光を検出した場合にレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３の消灯を行うレーザセーフティ動作に用いられたりする。

上下位置検知センサ４３は、グラデーションＮＤフィルタ３２のＹ軸上の位置（即ちソレノイド３５がＡ点又はＢ点のいずれに存在するか）を検知し、その検知信号をＡＤＣ２２へ供給する。なお、上下位置検知センサ４３が設けられる代わりに、輝度変更ブロック７０は、ソフトウェア処理によりグラデーションＮＤフィルタ３２のＹ軸上の位置を特定してもよい。例えば、輝度変更ブロック７０は、上下駆動回路２０に対してグラデーションＮＤフィルタ３２のＹ軸上の位置を切替えるコントロール信号を送信して所定時間経過した場合に、グラデーションＮＤフィルタ３２のＹ軸上の位置が切り替わったとみなして切替後の位置を記憶してもよい。

［グラデーションＮＤフィルタの移動制御］
以下では、輝度変更ブロック７０によるグラデーションＮＤフィルタ３２の移動制御について説明する。

（１）概要
まず、ステッピングモータ３３及びソレノイド３５によるグラデーションＮＤフィルタ３２の移動制御の概要について図３を参照して説明する。図３は、グラデーションＮＤフィルタ３２をレーザ光の入射方向から観察した図である。

図３の例では、上側フィルタ部３２Ｕは、透過率が約０％となるＺ軸正方向側の端部から透過率が約１００％となるＺ軸負方向側の端部にかけて、透過率が徐々に増加している。一方、下側フィルタ部３２Ｄは、透過率が約０％となるＺ軸負方向側の端部から透過率が約１００％となるＺ軸正方向側の端部にかけて、透過率が徐々に増加している。ステッピングモータ３３によるグラデーションＮＤフィルタ３２のＺ軸上での可動距離は、グラデーションＮＤフィルタ３２の物理的な距離、即ち、グラデーションＮＤフィルタ３２の長手方向の長さ（「フィルタ長Ｌｆ」とも呼ぶ。）と略一致する。また、ソレノイド３５がＡ点に存在する場合、レーザ入射位置Ｐｉｎは、上側フィルタ部３２Ｕと重なる位置に存在し、ソレノイド３５がＢ点に存在する場合、レーザ入射位置Ｐｉｎは、下側フィルタ部３２Ｄと重なる位置に存在する。

ここで、レーザ入射位置Ｐｉｎが透過率１０％となる上側フィルタ部３２Ｕ上の位置に存在するときに、目標輝度の増加に起因して透過率９０％となる位置にレーザ入射位置Ｐｉｎを移動させる場合について考察する。この場合、レーザ入射位置Ｐｉｎを同じ上側フィルタ部３２Ｕ上の透過率９０％となる位置「ＰｉｎＸ」に移動させるときには、図３に示す矢印５０の長さ分だけステッピングモータ３３によりグラデーションＮＤフィルタ３２をＺ軸負方向に移動させる必要がある。一方、レーザ入射位置Ｐｉｎを下側フィルタ部３２Ｄ上の透過率９０％となる位置「ＰｉｎＹ」に移動させるときには、ソレノイド３５をＡ点からＢ点に切替えればよい（矢印５１参照）。また、上述したように、ソレノイド３５によるグラデーションＮＤフィルタ３２の移動速度の方が、ステッピングモータ３３によるグラデーションＮＤフィルタ３２の移動速度よりも速い。よって、この場合、ソレノイド３５を利用した後者の方がグラデーションＮＤフィルタ３２の移動時間が短くなる。

以上を勘案し、第１実施例では、輝度変更ブロック７０は、ステッピングモータ３３によるＺ軸方向の移動に加えて、又はこれに代えて、ソレノイド３５によるＹ軸方向の移動を適宜実行することで、目標の透過率を有するグラデーションＮＤフィルタ３２の位置へレーザ入射位置Ｐｉｎを高速移動させる。

以後では、ソレノイド３５をＡ点とＢ点とで切替えることで、レーザ入射位置Ｐｉｎを上側フィルタ部３２Ｕ上の位置と下側フィルタ部３２Ｄ上の位置との間で切替える処理を、「ソレノイド３５による切替処理」とも呼ぶ。また、ソレノイド３５を用いることなくステッピングモータ３３によりレーザ入射位置Ｐｉｎを目標の透過率となる位置に移動させる場合に必要なグラデーションＮＤフィルタ３２の移動距離（図３では矢印５０の長さ）を、「必要移動距離Ｄ１」とも呼ぶ。

（２）ソレノイドによる切替処理の要否判定
次に、ソレノイド３５による切替処理の要否判定について説明する。概略的には、輝度変更ブロック７０は、必要移動距離Ｄ１がフィルタ長Ｌｆの１／２以上の場合に、ソレノイド３５による切替処理を行う。これにより、輝度変更ブロック７０は、目標輝度が得られるようにグラデーションＮＤフィルタ３２の移動を高速に完了させる。フィルタ長Ｌｆの１／２は、本発明における「所定距離」の一例である。

図４（Ａ）は、グラデーションＮＤフィルタ３２をレーザ光の入射方向から観察した図である。ここで、図４（Ａ）は、レーザ入射位置Ｐｉｎを上側フィルタ部３２Ｕ上の透過率１０％の位置「Ｐｉｎ０」から透過率６５％の位置に移動させる場合の概要を示す。

図４（Ａ）の例では、輝度変更ブロック７０は、まず、ソレノイド３５の位置をＡ点に固定しままレーザ入射位置Ｐｉｎを現在の位置Ｐｉｎ０から透過率６５％の位置「Ｐｉｎ１」に移動すると仮定した場合のＺ軸上でのグラデーションＮＤフィルタ３２の移動距離を、必要移動距離Ｄ１として算出する。そして、この場合、輝度変更ブロック７０は、算出した必要移動距離Ｄ１が予め記憶したフィルタ長Ｌｆの１／２以上であることから、ソレノイド３５の位置をＡ点からＢ点に切替えるべきと判定する。

従って、この場合、輝度変更ブロック７０は、ソレノイド３５の位置をＢ点に切替えることを前提としたときのＺ軸上でのグラデーションＮＤフィルタ３２の必要な移動距離（「必要移動距離Ｄ２」とも呼ぶ。）を算出する。即ち、この場合、輝度変更ブロック７０は、下側フィルタ部３２Ｄ上での透過率６５％の位置「Ｐｉｎ３」を特定し、特定した位置Ｐｉｎ３と現在の位置Ｐｉｎ０とのＺ軸上での距離を、必要移動距離Ｄ２として算出する。そして、図４（Ａ）の例では、輝度変更ブロック７０は、必要移動距離Ｄ２だけステッピングモータ３３によりグラデーションＮＤフィルタ３２をＺ軸正方向に移動させることでレーザ入射位置Ｐｉｎを位置Ｐｉｎ０から位置「Ｐｉｎ２」に移動させ、かつ、ソレノイド３５をＡ点からＢ点に切替えることで、レーザ入射位置Ｐｉｎを位置Ｐｉｎ２から位置Ｐｉｎ３に移動させている。これにより、輝度変更ブロック７０は、ソレノイド３５の位置をＡ点に固定しままレーザ入射位置Ｐｉｎを位置Ｐｉｎ０から位置Ｐｉｎ１に移動させる場合と比較して、ソレノイド３５の高速移動を利用することで、グラデーションＮＤフィルタ３２の移動を早期に完了させることができる。

なお、図４（Ａ）の例に代えて、必要移動距離Ｄ１がフィルタ長Ｌｆの１／２未満である場合には、輝度変更ブロック７０は、ソレノイド３５による切替処理を実行する必要がないと判断し、ステッピングモータ３３により必要移動距離Ｄ１だけグラデーションＮＤフィルタ３２を移動させる。即ち、この場合、輝度変更ブロック７０は、ソレノイド３５を用いた場合であっても、グラデーションＮＤフィルタ３２の移動時間の短縮効果は得られない又は限定的であると判断し、ステッピングモータ３３のみによるグラデーションＮＤフィルタ３２の移動を行う。これにより、輝度変更ブロック７０は、ソレノイド３５の位置の切替を不要に実行するのを好適に抑制することができる。

（３）ソレノイドによる切替処理の実行タイミング
次に、ソレノイド３５による切替処理と、ステッピングモータ３３による必要移動距離Ｄ２分の移動との両方を行う必要がある場合の各々の処理タイミングについて説明する。第１実施例では、輝度変更ブロック７０は、画像の表示中では、表示中の画像の輝度急変を抑制するため、ステッピングモータ３３によるＺ軸方向の移動を実行後にソレノイド３５による切替処理を行う。

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の例におけるグラデーションＮＤフィルタ３２の移動手順を示した図である。図４（Ａ）の例において、仮にソレノイド３５を最初に駆動させてレーザ入射位置Ｐｉｎを透過率１０％の位置Ｐｉｎ０から透過率９０％の位置「Ｐｉｎ４」に移動させた場合、表示中の画像の輝度が急変して観察者が眩しく感じてしまう。従って、輝度変更ブロック７０は、まず必要移動距離Ｄ２だけグラデーションＮＤフィルタ３２をＺ軸正方向に移動させることで、レーザ入射位置Ｐｉｎを位置Ｐｉｎ０から位置Ｐｉｎ２に移動させた後（手順１）、ソレノイド３５による切替処理を行うことで、レーザ入射位置Ｐｉｎを位置Ｐｉｎ２から位置Ｐｉｎ３に移動させる（手順２）。これにより、輝度変更ブロック７０は、画像の表示中に目標輝度を大幅に変更する必要がある場合であっても、好適に目標輝度に画像を設定することができる。

なお、画像の表示中に目標輝度を大幅に変更する状況としては、例えば、トンネル、地下通路、または走行ビルの影となるエリアの出入り口などの環境光の光量が急変する場所を車両が通過する場合などが該当する。これらの場合、照度センサ５２が検知する光量が大きく変化し、照度センサ５２が検知する光量に応じて目標輝度を大幅に変える必要が生じる。

図５は、レーザ入射位置Ｐｉｎを上側フィルタ部３２Ｕ上の透過率８０％の位置「Ｐｉｎ４」から透過率３５％の位置に移動させる場合の概要を示す。レーザ入射位置Ｐｉｎの透過率を下げる場合においても、レーザ入射位置Ｐｉｎの透過率を上げる図４の例と同様に、輝度変更ブロック７０は、まず、上側フィルタ部３２Ｕ上での目標透過率３５％となる位置「Ｐｉｎ５」までの必要移動距離Ｄ１を算出する。そして、輝度変更ブロック７０は、算出した必要移動距離Ｄ１が予め記憶したフィルタ長Ｌｆの１／２以上であることから、ソレノイド３５をＡ点からＢ点に切替えるべきと判定する。従って、この場合、輝度変更ブロック７０は、ソレノイド３５をＢ点に切替えることを前提とした必要移動距離Ｄ２を算出する。そして、輝度変更ブロック７０は、必要移動距離Ｄ２だけステッピングモータ３３によりグラデーションＮＤフィルタ３２をＺ軸負方向に移動させてレーザ入射位置Ｐｉｎを位置Ｐｉｎ４から位置「Ｐｉｎ６」に移動させた後、ソレノイド３５をＡ点からＢ点に切替えることで、レーザ入射位置Ｐｉｎを目標の透過率３５％となる位置「Ｐｉｎ７」に移動させる。この場合であっても、輝度変更ブロック７０は、まず必要移動距離Ｄ２だけグラデーションＮＤフィルタ３２を移動させた後、ソレノイド３５による切替処理を行うことで、表示中の画像の輝度の急変を抑制することができる。なお、仮にソレノイド３５による切替処理を最初に実行した場合、レーザ入射位置Ｐｉｎは、透過率８０％の位置Ｐｉｎ４から透過率２０％の位置「Ｐｉｎ８」へ移動することになり、輝度の急変が生じることになる。

なお、グラデーションＮＤフィルタ３２の移動を行った後に画像を表示させる場合（例えば光源ユニット１の起動時）には、画像の輝度の急変が生じないことから、輝度変更ブロック７０は、ソレノイド３５による切替処理をステッピングモータ３３による移動開始よりも先又は同時に行ってもよい。例えば、夜間に画像を最低の輝度で表示して電源を切った後、翌日の昼間に電源を入れた場合には、目標輝度を大幅に上げる必要があるため、必要移動距離Ｄ１が長くなる。このような場合、輝度変更ブロック７０は、画像の表示前に、ソレノイド３５による切替処理等を行うことでグラデーションＮＤフィルタ３２の移動を行う。そして、輝度変更ブロック７０は、グラデーションＮＤフィルタ３２の移動完了後、ビデオ信号処理ブロック８等に描画の開始を指示する信号を送信し、ビデオ信号Ｓ１に基づく画像の描画を開始させる。この場合であっても、輝度変更ブロック７０は、電源投入後にビデオ信号Ｓ１に基づく画像の描画を早期に開始させることができる。

（４）処理フロー
図６は、光源ユニット１が実行する処理手順を示すフローチャートである。光源ユニット１は、図６のフローチャートの処理を繰り返し実行する。

まず、輝度変更ブロック７０は、インターフェース５を介してコントロール信号Ｓ２を受信することで、ビデオ信号Ｓ１に基づき描画すべき画像の目標輝度を取得する（ステップＳ１０１）。次に、輝度変更ブロック７０は、ＡＤＣ２２を介して、左右位置検知センサ３４からグラデーションＮＤフィルタ３２のＺ軸上での位置を示す情報（「左右位置情報」とも呼ぶ。）を取得する（ステップＳ１０２）。さらに、輝度変更ブロック７０は、ＡＤＣ２２を介して、上下位置検知センサ４３からソレノイド３５の位置情報を取得する（ステップＳ１０３）。

次に、輝度変更ブロック７０は、ソレノイド３５の位置切替を前提としない場合のＺ軸上での必要なグラデーションＮＤフィルタ３２の移動距離である必要移動距離Ｄ１を算出する（ステップＳ１０４）。この場合、まず、輝度変更ブロック７０は、ステップＳ１０２で取得した左右位置情報及びステップＳ１０３で取得したソレノイド３５の位置情報に基づき、現在のレーザ入射位置Ｐｉｎを特定する。また、輝度変更ブロック７０は、グラデーションＮＤフィルタ３２を上下方向に移動させない場合での目標輝度を実現するためのレーザ入射位置Ｐｉｎの目標位置を所定のマップ等を参照して特定する。そして、輝度変更ブロック７０は、現在のレーザ入射位置Ｐｉｎと上述のレーザ入射位置Ｐｉｎの目標位置との距離差を、必要移動距離Ｄ１として算出する。

そして、輝度変更ブロック７０は、必要移動距離Ｄ１が予め記憶したフィルタ長Ｌｆの１／２以上であるか否か判定する（ステップＳ１０５）。そして、輝度変更ブロック７０は、必要移動距離Ｄ１がフィルタ長Ｌｆの１／２以上である場合（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、ソレノイド３５による切替処理を前提とした場合のＺ軸上での必要な移動距離である必要移動距離Ｄ２を算出する（ステップＳ１０６）。そして、輝度変更ブロック７０は、モータドライバ１９に駆動信号を送信してステッピングモータ３３を駆動させることでグラデーションＮＤフィルタ３２をＺ軸方向に必要移動距離Ｄ２だけ移動させる（ステップＳ１０７）。そして、輝度変更ブロック７０は、上下駆動回路２０に駆動信号を送信してソレノイド３５の位置の切替を行うことで、グラデーションＮＤフィルタ３２を上下方向に移動させる（ステップＳ１０８）。そして、輝度変更ブロック７０は、ソレノイド３５の位置情報及びセンサ位置情報を継続して取得し、グラデーションＮＤフィルタ３２の移動完了を確認する（ステップＳ１１０）。

一方、輝度変更ブロック７０は、必要移動距離Ｄ１がフィルタ長Ｌｆの１／２未満である場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、ソレノイド３５の駆動制御を行うことなく、ステッピングモータ３３のみを駆動させてグラデーションＮＤフィルタ３２をＺ軸方向に必要移動距離Ｄ１だけ移動させる（ステップＳ１０９）。そして、輝度変更ブロック７０は、ソレノイド３５の位置情報及びセンサ位置情報を継続して取得し、グラデーションＮＤフィルタ３２の移動完了を確認する（ステップＳ１１０）。この場合のレーザ入射位置Ｐｉｎは、目標輝度を実現する透過率を有する領域と重なるため、外光の光量等を勘案した適切な輝度により虚像Ｉｖが表示される。

以上のように、第１実施例では、光源ユニット１は、グラデーションＮＤフィルタ３２と、ステッピングモータ３３と、ソレノイド３５とを備える。グラデーションＮＤフィルタ３２は、上側フィルタ部３２Ｕと、下側フィルタ部３２Ｄとを有し、上側フィルタ部３２Ｕ上での透過率の増加方向は、下側フィルタ部３２Ｄ上での透過率の増加方向と逆方向となっている。この場合、光源ユニット１の輝度変更ブロック７０は、グラデーションＮＤフィルタ３２をステッピングモータ３３により移動させる必要移動距離Ｄ１がフィルタ長Ｌｆの１／２以上の場合に、ソレノイド３５による切替処理を行うことで、ステッピングモータ３３によるグラデーションＮＤフィルタ３２の移動距離を短くする。このように、光源ユニット１の起動時や画像表示中でのトンネル入口出口付近の通過時などで、大きく目標輝度を変化させなければならない時であっても、ソレノイド３５による高速移動を利用することで、必要なグラデーションＮＤフィルタ３２の移動を早期に完了することができる。また、時々刻々移り変わる周囲の細かな明るさの変化、特に、明け方、夕方での細かな周囲の明るさの変化があった場合でも、ステッピングモータ３３を駆動することで細かい輝度調整を行うことができる。このように、第１実施例では、車両環境での様々な状況での明るさ調整が可能になる。

＜第２実施例＞
第２実施例では、輝度変更ブロック７０は、ステッピングモータ３３による必要移動距離Ｄ２分の移動と、ソレノイド３５による切替処理との両方を行う必要がある場合に、ステッピングモータ３３による必要移動距離Ｄ２分の移動の完了タイミングとソレノイド３５による切替処理の完了タイミングとが同時となるように、ステッピングモータ３３及びソレノイド３５を制御する。これにより、画像表示中での輝度急変を好適に抑制しつつ、グラデーションＮＤフィルタ３２の移動時間を好適に短縮する。

具体的には、まず、輝度変更ブロック７０は、図６のフローチャートの処理のステップＳ１０６で必要移動距離Ｄ２を算出後、ステッピングモータ３３をソレノイド３５より先に駆動させてグラデーションＮＤフィルタ３２のＺ軸方向の移動を先に開始する。その後、輝度変更ブロック７０は、左右位置検知センサ３４が出力する左右位置情報に基づき、グラデーションＮＤフィルタ３２の移動開始位置からのＺ軸上での移動距離（「移動距離Ｄ３」とも呼ぶ。）を特定し、移動距離Ｄ３が必要移動距離Ｄ２になるまでの所要時間「Ｔ１」（秒）をリアルタイムに予測する。具体的には、輝度変更ブロック７０は、ステッピングモータ３３のパルス周波数を「Ｆ」（ｐｐｓ：Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）、１パルス分の移動距離をステップ幅「Ｓｐ」（ｍｍ）とすると、以下の式により所要時間Ｔ１を算出する。
Ｔ１＝（Ｄ２−Ｄ３）／Ｓｐ／Ｆ

パルス周波数Ｆ及びステップ幅Ｓｐは、ステッピングモータ３３の仕様により予め定められ、例えば輝度変更ブロック７０が予め記憶しておく。なお、ステッピングモータ３３を駆動させたパルスの本数を「Ｎ」とすると、移動距離Ｄ３は「Ｎ×Ｓｐ」により表される。よって、輝度変更ブロック７０は、左右位置検知センサ３４が出力する左右位置情報により移動距離Ｄ３を求める代わりに、「Ｄ３＝Ｎ×Ｓｐ」により移動距離Ｄ３を算出してもよい。

次に、輝度変更ブロック７０は、上述の所要時間Ｔ１と、予め記憶したソレノイド３５による切替処理の予想所要時間「Ｔ２」とを比較し、「Ｔ１≦Ｔ２」が成立した時点でソレノイド３５の駆動を開始する。

図４（Ｂ）及び図５の例で説明したように、十分にＺ軸方向の移動が完了していないタイミングでソレノイド３５による切替処理を実行した場合、当該切替に起因した輝度差が大きいため、観察者に違和感を与えやすくなる。一方、逐次的にステッピングモータ３３による移動とソレノイド３５による切替処理とを行った場合には、グラデーションＮＤフィルタ３２の移動時間が長くなる。以上を勘案し、第２実施例では、輝度変更ブロック７０は、ステッピングモータ３３による必要移動距離Ｄ２分の移動の完了タイミングとソレノイド３５による切替処理の完了タイミングとが同時となるように、ステッピングモータ３３及びソレノイド３５を制御する。これにより、輝度変更ブロック７０は、グラデーションＮＤフィルタ３２の移動時間を短縮しつつ、ソレノイド３５の位置切替に起因した輝度急変を好適に低減することができる。

＜第３実施例＞
図７は、第３実施例に係るグラデーションＮＤフィルタ３２Ａをレーザ光の入射方向から観察した正面図を示す。図７に示すグラデーションＮＤフィルタ３２Ａは、一枚のフィルタであって、第１実施例の上側フィルタ部３２Ｕに相当する上側フィルタ領域３２Ｕａと、第１実施例の下側フィルタ部３２Ｄに相当する下側フィルタ領域３２Ｄａとを有するようにコーティングされている。上側フィルタ領域３２Ｕａは、図３の上側フィルタ部３２Ｕと同様、Ｚ軸負方向に位置するほど透過率が高くなる構成を有する。また、下側フィルタ領域３２Ｄａは、図３の下側フィルタ部３２Ｄと同様に、Ｚ軸正方向に位置するほど透過率が高くなる構成を有する。この構成においても、輝度変更ブロック７０は、第１実施例又は第２実施例と同様にグラデーションＮＤフィルタ３２Ａを移動させることで、好適に画像の輝度を調整することができる。

＜第４実施例＞
図８は、第４実施例に係るグラデーションＮＤフィルタ３２Ｂの斜視図を示す。図８に示すように、第４実施例に係るグラデーションＮＤフィルタ３２Ｂは、透過率が増減する方向であるＺ軸方向を軸として回転自在な直方体であり、第１実施例の上側フィルタ部３２Ｕに相当するフィルタ領域３２Ｕｂと、第１実施例の下側フィルタ部３２Ｄに相当するフィルタ領域３２Ｄｂとがそれぞれ側面に設けられている。そして、グラデーションＮＤフィルタ３２Ｂは、モータなどの回転機構３５ＢによりＺ軸回りに回転自在となっている。

そして、第４実施例では、輝度変更ブロック７０は、図６のステップＳ１０８でソレノイド３５をＡ点とＢ点との間で切替える代わりに、フィルタ領域３２Ｕｂがレーザ光に垂直に当たる状態と、フィルタ領域３２Ｄｂがレーザ光に垂直に当たる状態とが切り替わるように、回転機構３５Ｂを駆動してグラデーションＮＤフィルタ３２Ｂを約９０°回転させる。このようにすることで、輝度変更ブロック７０は、第１実施例又は第２実施例と同様に、第４実施例においても好適に画像の輝度を調整することができる。

＜第５実施例＞
第５実施例では、画像の表示中に、輝度変更ブロック７０は、ソレノイド３５による切替処理の前後での輝度差（「切替輝度差ｄＬ」とも呼ぶ。）が所定の閾値（「閾値ｄＬｔｈ」とも呼ぶ。）以下になるように、ソレノイド３５による切替処理前にステッピングモータ３３によりグラデーションＮＤフィルタ３２の位置調整を行う。切替輝度差ｄＬｔｈは、観察者が許容可能な輝度差に実験等に基づき予め設定される。これにより、輝度変更ブロック７０は、画像の表示中での輝度急変に起因した運転者の違和感を好適に低減する。

具体的には、図６のフローチャートのステップＳ１０６で必要移動距離Ｄ２の算出後、輝度変更ブロック７０は、必要移動距離Ｄ２だけＺ軸方向にグラデーションＮＤフィルタ３２を移動させてソレノイド３５による切替処理を行うと仮定した場合の切替輝度差ｄＬを推定する。この場合、例えば、輝度変更ブロック７０は、グラデーションＮＤフィルタ３２上の各位置でソレノイド３５による切替処理を行った場合に生じる切替輝度差ｄＬを予め記憶したマップ等を参照することで、切替輝度差ｄＬを推定する。そして、輝度変更ブロック７０は、推定した切替輝度差ｄＬが予め記憶した切替輝度差ｄＬｔｈより大きい場合、上述のマップ等を再び参照し、現在位置から必要移動距離Ｄ２だけＺ軸方向にグラデーションＮＤフィルタ３２を移動させた位置から最も近い位置で切替輝度差ｄＬが切替輝度差ｄＬｔｈ以下となる位置（「目標切替位置」とも呼ぶ。）を特定し、目標切替位置に到達するのに必要移動距離Ｄ２に加えてさらに移動が必要な距離（「緩衝用距離Ｄ４」とも呼ぶ。）を算出する。そして、輝度変更ブロック７０は、現在位置から目標切替位置までの距離（即ち必要移動距離Ｄ２と緩衝用距離Ｄ４との和）だけステッピングモータ３３によりグラデーションＮＤフィルタ３２をＺ軸方向に移動させ、ソレノイド３５の位置の切替を行った後、グラデーションＮＤフィルタ３２を再び緩衝用距離Ｄ４だけ切替前の移動方向とは逆方向に移動させる。これにより、画像表示中に、ソレノイド３５による切替処理に起因して切替輝度差ｄＬｔｈ以上の輝度差が生じるのを好適に防ぐことができる。

図９は、第５実施例に基づくグラデーションＮＤフィルタ３２の移動制御を行った場合のレーザ入射位置Ｐｉｎの推移を示す。図９の例では、輝度変更ブロック７０は、図６のステップＳ１０６で必要移動距離Ｄ２を算出後、レーザ入射位置Ｐｉｎの現在位置「Ｐｉｎ９」から必要移動距離Ｄ２だけ移動させた位置「Ｐｉｎ１０」でソレノイド３５の位置の切替を行った場合の切替輝度差ｄＬを推定し、当該切替輝度差ｄＬが切替輝度差ｄＬｔｈより大きいと判定する。従って、この場合、輝度変更ブロック７０は、位置Ｐｉｎ１０から最も近い位置で切替輝度差ｄＬが切替輝度差ｄＬｔｈ以下となる切替位置「Ｐｉｎ１１」を特定すると共に、位置Ｐｉｎ１０と切替位置Ｐｉｎ１１との距離に相当する緩衝用距離Ｄ４を算出する。そして、輝度変更ブロック７０は、グラデーションＮＤフィルタ３２をステッピングモータ３３により距離「Ｄ２＋Ｄ４」分だけ移動させることでレーザ入射位置Ｐｉｎを切替位置Ｐｉｎ１１に移動させた後、ソレノイド３５による切替処理を行い、レーザ入射位置Ｐｉｎを位置「Ｐｉｎ１２」に遷移させる。その後、輝度変更ブロック７０は、レーザ入射位置Ｐｉｎをソレノイド３５による切替処理前の移動方向と逆方向であるＺ軸負方向に緩衝用距離Ｄ４だけ移動させることで、目標輝度を表示するための透過率２０％を有する位置「Ｐｉｎ１３」にレーザ入射位置Ｐｉｎを移動させる。

このように、第５実施例では、輝度変更ブロック７０は、画像の表示中に目標輝度が大幅に変化した場合であっても、輝度急変に起因して運転者が眩しく感じるのを好適に低減することができる。

なお、輝度変更ブロック７０は、画像の表示中でないと判断した場合には、緩衝用距離Ｄ４の算出等を行うことなく、グラデーションＮＤフィルタ３２を必要移動距離Ｄ２だけ移動させればよい。この場合、輝度変更ブロック７０は、第１実施例でも説明したように、ソレノイド３５による切替処理をステッピングモータ３３による移動よりも先又はステッピングモータ３３による移動と同時に開始してもよい。

＜変形例＞
次に、各実施例に好適な変形例について説明する。以下の変形例は、任意に組み合わせて上述の各実施例に適用してもよい。

［変形例１］
図２の構成例では、光源ユニット１は、ステッピングモータ３３によりグラデーションＮＤフィルタ３２の左右方向の移動を行うと共に、ソレノイド３５によりグラデーションＮＤフィルタ３２の上下方向の移動を行った。しかし、本発明が適用可能な構成は、これに限定されない。

例えば、光源ユニット１は、ソレノイド３５以外の駆動源（例えばモータ）によりグラデーションＮＤフィルタ３２の上下方向の移動を行ってもよい。同様に、光源ユニット１は、ステッピングモータ３３以外の駆動源によりグラデーションＮＤフィルタ３２の左右方向の移動を行ってもよい。

他の例では、光源ユニット１は、１つの駆動源によりグラデーションＮＤフィルタ３２の上下方向及び左右方向の移動をそれぞれ行ってもよい。この場合、駆動源は、グラデーションＮＤフィルタ３２を上下方向に動かす機構に接続した状態と、グラデーションＮＤフィルタ３２を左右方向に動かす機構に接続した状態とをクラッチ等を介して切替自在に構成される。そして、輝度変更ブロック７０は、上述のクラッチ等の切替制御などを行うことで、第１実施例等に基づき、グラデーションＮＤフィルタ３２の上下方向及び左右方向の移動を逐次的に行う。この構成によれば、駆動源の数を削減して低コスト化を実現することができる。

［変形例２］
ナビゲーション装置５１は、照度センサ５２の出力に代えて、又はこれに加えて、現在位置情報及び地図データに基づき、画像の目標輝度を決定してもよい。

例えば、ナビゲーション装置５１は、ＧＰＳ受信機により測定される現在位置情報と地図データとを参照し、トンネルや地下通路の出入り口等の環境光の明るさが急激に変化する地点を車両が通過するか否か判定する。そして、ナビゲーション装置５１は、環境光の明るさが急激に変化する地点を車両が通過すると判断した場合、通過後に必要な目標輝度を設定する。この場合、設定すべき目標輝度の情報が地図データに組み込まれていてもよい。そして、ナビゲーション装置５１は目標輝度を光源ユニット１に通知し、光源ユニット１は、第１〜第５実施例のいずれかに基づき、グラデーションＮＤフィルタ３２の移動制御を行うことで、レーザ入射位置Ｐｉｎの調整を行う。

［変形例３］
図２の構成例では、ナビゲーション装置５１が目標輝度を設定し、目標輝度を指示するコントロール信号Ｓ２を輝度変更ブロック７０に送信した。これに代えて、光源ユニット１の輝度変更ブロック７０は、ナビゲーション装置５１の代わりに照度センサ５２から出力信号を受信し、目標輝度を自ら設定してもよい。［変形例２］を適用する場合も同様に、輝度変更ブロック７０は、ナビゲーション装置５１の代わりに、地図データ及び現在位置情報に基づき、環境光の明るさが急激に変化する地点を通過するか否かの判定を行い、目標輝度を設定してもよい。

［変形例４］
図２に示す光源ユニット１の用途は、ヘッドアップディスプレイ１００に限定されない。例えば、光源ユニット１は、プロジェクタ装置やヘッドマウントディスプレイなどのレーザ光源を有する表示装置にも好適に適用される。

［変形例５］
図２及び図３の上側フィルタ部３２Ｕ及び下側フィルタ部３２Ｄは、Ｚ軸方向において連続的に透過率が変化した。これに代えて、他の透過率よりも高頻度で使用する所定の透過率が存在する場合、当該透過率となる所定幅分の領域を上側フィルタ部３２Ｕ及び下側フィルタ部３２Ｄに設けてもよい。

図１０は、変形例に係るグラデーションＮＤフィルタ３２Ｃを示す。図１０に示すように、グラデーションＮＤフィルタ３２Ｃを構成する上側フィルタ部３２Ｕｃ及び下側フィルタ部３２Ｄｃには、それぞれ、透過率約１００％の領域が対極となる端部に所定幅だけ設けられている。この構成によれば、輝度変更ブロック７０は、高精度なグラデーションＮＤフィルタ３２Ｃの位置調整を行うことなく、好適に透過率約１００％の領域にレーザ入射位置Ｐｉｎを合わせることができる。

［変形例６］
図６のフローチャートの説明では、輝度変更ブロック７０は、ステップＳ１０５において、必要移動距離Ｄ１がフィルタ長Ｌｆの１／２以上のときにソレノイド３５による切替処理が必要と判断した。これに代えて、輝度変更ブロック７０は、必要移動距離Ｄ１がフィルタ長Ｌｆの１／２未満であっても、ソレノイド３５を駆動させた方がグラデーションＮＤフィルタ３２の移動が早期に完了すると判断した場合には、ソレノイド３５を併用してもよい。

この場合、例えば、輝度変更ブロック７０は、ソレノイド３５による切替処理の所要時間と、ステッピングモータ３３の駆動によるグラデーションＮＤフィルタ３２の移動速度の情報を予め記憶しておき、ステッピングモータ３３とソレノイド３５とを併用した場合とステッピングモータ３３のみを駆動させた場合とのそれぞれのグラデーションＮＤフィルタ３２の移動所要時間を予測する。そして、輝度変更ブロック７０は、ステッピングモータ３３とソレノイド３５とを併用した場合のグラデーションＮＤフィルタ３２の移動所要時間がステッピングモータ３３のみを駆動させた場合のグラデーションＮＤフィルタ３２の移動所要時間よりも短いと予測した場合に、ソレノイド３５による切替処理を行う。これにより、輝度変更ブロック７０は、ソレノイド３５による切替処理の要否を適切に判定し、グラデーションＮＤフィルタ３２の移動をより早期に完了させることができる。

１ 光源ユニット
２ プロジェクタユニット
３ 光源部
４ 電源
５ インターフェース
６ 電源ブロック
８ ビデオ信号処理ブロック
１１ フレームメモリ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ タイミングコントローラ
１５ ＭＥＭＳ制御ブロック
１６ ＭＥＭＳドライバ
１７ レーザ制御ブロック
１８ レーザドライバ
１９ モータドライバ
２０ 上下駆動回路
３１ ＭＥＭＳミラー
３２ グラデーションＮＤフィルタ
３３ ステッピングモータ
３４ 左右位置検知センサ
３５ ソレノイド
３６ レーザダイオード
１００ ヘッドアップディスプレイ

Claims (10)

1. 光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置であって、
   前記レーザ光が入射する位置に応じて透過率が異なる光量調整手段と、
   前記レーザ光の入射する位置を変更するように前記光量調整手段を移動させる第１移動手段および第２移動手段と、を備え、
   前記光量調整手段は、第１方向において前記透過率が変化する第１調節エリアと、前記第１方向と交わる第２方向において前記第１調節エリアと並び前記第１方向における前記透過率の増減方向が前記第１調節エリアとは逆方向である第２調節エリアを有し、
   前記第１移動手段は、前記第１方向に前記光量調節手段を移動させ、
   前記第２移動手段は、前記レーザ光が入射する位置が前記第１調整エリアと前記第２調整エリアとで切り替わる前記第２方向に前記光量調整手段を移動させ、
   前記第１調節エリアと前記第２調節エリアは、前記第１方向において前記透過率が連続的に変化し、且つ、前記第１方向において互いに透過率が増減する方向が逆方向であることを特徴とする画像表示装置。
2. 光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置であって、
   前記レーザ光が入射する位置に応じて透過率が異なる光量調整手段と、
   前記レーザ光の入射する位置を変更するように前記光量調整手段を移動させる第１移動手段および第２移動手段と、を備え、
   前記光量調整手段は、第１方向において前記透過率が変化する第１調節エリアと、前記第１方向と交わる第２方向において前記第１調節エリアと並び前記第１方向における前記透過率の増減方向が前記第１調節エリアとは逆方向である第２調節エリアを有し、
   前記第１移動手段は、前記第１方向に前記光量調節手段を移動させ、
   前記第２移動手段は、前記レーザ光が入射する位置が前記第１調整エリアと前記第２調整エリアとで切り替わる前記第２方向に前記光量調整手段を移動させ、
   前記第２移動手段を用いずに前記第１移動手段のみを用いて、前記第１調節エリアと前記第２調節エリア間での切り替えをせずに、前記透過率の変更を行うと仮定した場合の前記光量調節手段の前記第１方向における移動距離を、第１移動距離と定義し、
   前記光量調整手段は、表示する画像の輝度に応じて取得された第１移動距離が所定距離以上の場合、前記第１移動手段と前記第２移動手段とにより移動されることを特徴とする画像表示装置。
3. 前記光量調整手段は、前記画像の表示中において前記第１移動手段と前記第２移動手段とにより移動される場合、前記第１移動手段による移動が、前記第２移動手段による移動よりも先に開始されることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記光量調整手段は、前記画像の表示中において前記第１移動手段と前記第２移動手段とにより移動される場合、前記第１移動手段による移動と、前記第２移動手段による移動とが同時に完了することを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
5. 光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置であって、
   前記レーザ光が入射する位置に応じて透過率が異なる光量調整手段と、
   前記レーザ光の入射する位置を変更するように前記光量調整手段を移動させる第１移動手段および第２移動手段と、を備え、
   前記光量調整手段は、第１方向において前記透過率が変化する第１調節エリアと、前記第１方向と交わる第２方向において前記第１調節エリアと並び前記第１方向における前記透過率の増減方向が前記第１調節エリアとは逆方向である第２調節エリアを有し、
   前記第１移動手段は、前記第１方向に前記光量調節手段を移動させ、
   前記第２移動手段は、前記レーザ光が入射する位置が前記第１調整エリアと前記第２調整エリアとで切り替わる前記第２方向に前記光量調整手段を移動させ、
   前記光量調整手段は、前記画像の表示中において前記第１移動手段と前記第２移動手段とにより移動される場合であって、前記第２移動手段による移動により生じる前記画像の輝度差が所定差より大きい場合、前記輝度差が前記所定差以下になるように、前記第１移動手段によって移動された後に前記第２移動手段により移動されることを特徴とする画像表示装置。
6. 光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置であって、
   前記レーザ光が入射する位置に応じて透過率が異なる光量調整手段と、
   前記レーザ光の入射する位置を変更するように前記光量調整手段を移動させる第１移動手段および第２移動手段と、を備え、
   前記光量調整手段は、第１方向において前記透過率が変化する第１調節エリアと、前記第１方向と交わる第２方向において前記第１調節エリアと並び前記第１方向における前記透過率の増減方向が前記第１調節エリアとは逆方向である第２調節エリアを有し、
   前記第１移動手段は、前記第１方向に前記光量調節手段を移動させ、
   前記第２移動手段は、前記レーザ光が入射する位置が前記第１調整エリアと前記第２調整エリアとで切り替わる前記第２方向に前記光量調整手段を移動させ、
   前記光量調整手段は、前記画像が表示中でない場合に前記第１移動手段と前記第２移動手段とにより移動される場合、前記第２移動手段によって移動された後又は前記第２移動手段による移動と共に、前記第１移動手段により移動されることを特徴とする画像表示装置。
7. 前記画像を虚像として観察者に視認させるヘッドアップディスプレイであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像表示装置。
8. 光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示し、前記レーザ光が入射する位置に応じて透過率が異なる光量調整手段を備える画像表示装置が実行する制御方法であって、
   前記レーザ光の入射する位置を変更するように前記光量調整手段を移動させる第１移動工程および第２移動工程を有し、
   前記光量調整手段は、第１方向において前記透過率が変化する第１調節エリアと、前記第１方向と交わる第２方向において前記第１調節エリアと並び前記第１方向における前記透過率の増減方向が前記第１調節エリアとは逆方向である第２調節エリアを有し、
   前記第１移動工程は、前記第１方向に前記光量調節手段を移動させ、
   前記第２移動工程は、前記レーザ光が入射する位置が前記第１調整エリアと前記第２調整エリアとで切り替わる前記第２方向に前記光量調整手段を移動させ、
   前記第２移動手段を用いずに前記第１移動手段のみを用いて、前記第１調節エリアと前記第２調節エリア間での切り替えをせずに、前記透過率の変更を行うと仮定した場合の前記光量調節手段の前記第１方向における移動距離を、第１移動距離と定義し、
   前記光量調整手段は、表示する画像の輝度に応じて取得された前記第１移動距離が所定距離以上の場合、前記第１移動工程と前記第２移動工程とにより移動されることを特徴とする制御方法。
9. 光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示し、前記レーザ光が入射する位置に応じて透過率が異なる光量調整手段を備える画像表示装置のコンピュータが実行するプログラムであって、
   前記レーザ光の入射する位置を変更するように前記光量調整手段を移動させる第１移動手段および第２移動手段として前記コンピュータを機能させ、
   前記光量調整手段は、第１方向において前記透過率が変化する第１調節エリアと、前記第１方向と交わる第２方向において前記第１調節エリアと並び前記第１方向における前記透過率の増減方向が前記第１調節エリアとは逆方向である第２調節エリアを有し、
   前記第１移動手段は、前記第１方向に前記光量調節手段を移動させ、
   前記第２移動手段は、前記レーザ光が入射する位置が前記第１調整エリアと前記第２調整エリアとで切り替わる前記第２方向に前記光量調整手段を移動させ、
   前記第２移動手段を用いずに前記第１移動手段のみを用いて、前記第１調節エリアと前記第２調節エリア間での切り替えをせずに、前記透過率の変更を行うと仮定した場合の前記光量調節手段の前記第１方向における移動距離を、第１移動距離と定義し、
   前記光量調整手段は、表示する画像の輝度に応じて取得された前記第１移動距離が所定距離以上の場合、前記第１移動手段と前記第２移動手段とにより移動されることを特徴とするプログラム。
10. 請求項９に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。