WO2022158115A1 - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

画像表示装置（２０）は、映像信号に基づいて所定の輪郭形状の表示光を生成する画像生成部（２１）と、入射領域から取り込んだ表示光を出射領域へと伝搬する導光路（２０１）および導光路（２０１）において表示光に回折作用を付与するホログラム（２３１）を有するホログラム導光板（２２）と、ホログラム導光板（２２）の歪みを検知する歪みセンサ（２３２）と、画像生成部（２１）を制御する画像制御回路（３０１）と、を備える。画像制御回路（３０１）は、歪みセンサ（２３２）の検知結果に基づいて、ホログラム導光板（２２）の歪みによる表示画像の変形を抑制するよう、画像生成部（２１）により生成される表示光を設定する。

Description

画像表示装置

　本発明は、画像を表示する画像表示装置に関し、たとえば、乗用車等の移動体に搭載して好適なものである。

　近年、ヘッドアップディスプレイと称される画像表示装置の開発が進められ、乗用車等の移動体に搭載されている。乗用車に搭載されるヘッドアップディスプレイでは、画像情報により変調された光がウインドシールド（フロントガラス）に向けて投射され、その反射光が運転者の目に照射される。これにより、運転者は、ウインドシールドの前方に、画像の虚像を見ることができる。たとえば、車速や各種警告マーカー、乗用車の進行方向を示す矢印等のドライブアシスト情報が、虚像として表示される。

　以下の特許文献には、レーザ光源から出射された光を変調し画像を形成する変調素子と、変調素子から出射される光を反射するホログラム素子と、を備える画像表示装置が記載されている。ホログラム素子によって反射された光は、運転者の目付近へと導かれる。

特開２０１１－９００７６号公報

　上記特許文献１の構成では、熱やダッシュボードの変形等により、ホログラム素子に歪みが生じることがある。このようなホログラム素子の歪みは、ホログラム素子から出射される光に歪みを生じさせ、表示画像に変形が生じる要因となる。

　かかる課題に鑑み、本発明は、表示画像の変形を抑制することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

　本発明の主たる態様に係る画像表示装置は、映像信号に基づいて所定の輪郭形状の表示光を生成する画像生成部と、入射領域から取り込んだ前記表示光を出射領域へと伝搬する導光路および前記導光路において前記表示光に回折作用を付与するホログラムを有するホログラム導光板と、前記ホログラム導光板の歪みを検知する歪みセンサと、前記画像生成部を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記歪みセンサの検知結果に基づいて、前記ホログラム導光板の歪みによる表示画像の変形を抑制するよう、前記画像生成部により生成される前記表示光を設定する。

　本態様に係る画像表示装置によれば、ホログラム導光板の歪みに応じた検知結果に基づいて、表示画像の変形が抑制されるよう、画像生成部により生成される表示光が設定される。これにより、ホログラム導光板に歪みが生じたとしても、画像生成部により生成される表示光が上記のように設定されることにより、ホログラム導光板から出射される表示光が変形することを抑制し、表示画像の変形を抑制できる。

　以上のとおり、本発明によれば、表示画像の変形を抑制することが可能な画像表示装置を提供することができる。

　本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態に係る、画像表示装置の使用形態を模式的に示す図である。図１（ｃ）は、実施形態に係る、画像表示装置の構成を模式的に示す図である。 図２は、実施形態に係る、画像表示装置の画像生成部の構成および画像生成部に用いる回路の構成を模式的に示す図である。 図３（ａ）は、実施形態に係る、ホログラム導光板および歪みセンサの構成を模式的に示す平面図である。図３（ｂ）は、実施形態に係る、ホログラム導光板および歪みセンサの構成を模式的に示す斜視図である。 図４（ａ）は、実施形態に係る、ホログラム導光板を後方に見た場合の側面図である。図４（ｂ）は、実施形態に係る、ホログラム導光板を左方向に見た場合の側面図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る、ホログラムの位置においてホログラム導光板が歪んでいる状態を模式的に示す側面図である。 図６（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る、表示光および画像を模式的に示す図である。 図７（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、実施形態に係る、変形補正テーブル、輝度補正テーブル、およびパワー補正テーブルの構成を模式的に示す図である。 図８（ａ）は、歪みセンサの配置の変更例１に係る、ホログラム導光板および歪みセンサの構成を模式的に示す平面図である。図８（ｂ）は、歪みセンサの配置の変更例２に係る、ホログラム導光板および歪みセンサの構成を模式的に示す平面図である。

　ただし、図面はもっぱら説明のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

　以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。便宜上、各図には、適宜、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。

　図１（ａ）、（ｂ）は、画像表示装置２０の使用形態を模式的に示す図である。図１（ａ）は、乗用車１の側方から乗用車１の内部を透視した模式図、図１（ｂ）は、乗用車１の内部から走行方向前方を見た図である。

　本実施形態は、車載用のヘッドアップディスプレイに本発明を適用したものである。図１（ａ）に示すように、画像表示装置２０は、乗用車１のダッシュボード１１の内部に設置される。

　図１（ａ）、（ｂ）に示すように、画像表示装置２０は、映像信号により変調された表示光を、ウインドシールド１２下側の運転席寄りの投射領域１３に投射する。投射された表示光は、投射領域１３で反射され、運転者２の目の位置周辺の横長の領域（アイボックス領域）に照射される。これにより、運転者２の前方の視界に、虚像として所定の画像３０が表示される。運転者２は、ウインドシールド１２の前方の景色上に、虚像である画像３０を重ね合わせて見ることができる。すなわち、画像表示装置２０は、虚像である画像３０をウインドシールド１２の投射領域１３の前方の空間に結像させる。

　図１（ｃ）は、画像表示装置２０の構成を模式的に示す図である。

　画像表示装置２０は、画像生成部２１と、ホログラム導光板２２とを備える。画像生成部２１は、映像信号により変調された、所定の輪郭形状および所定の輝度の表示光を生成し、生成した表示光を出射する。ホログラム導光板２２は、ホログラム２１１、２２１、２３１（図２参照）を有し、画像生成部２１から出射された表示光を伝搬させてウインドシールド１２の投射領域１３へと導く。ウインドシールド１２で反射された表示光は、運転者２の目２ａに照射される。画像生成部２１の光学系とホログラム導光板２２は、ウインドシールド１２の前方に虚像による画像３０が所定の大きさで表示されるように設計されている。

　図２は、画像表示装置２０の画像生成部２１の構成および画像生成部２１に用いる回路の構成を模式的に示す図である。

　画像生成部２１は、光源１０１と、温度センサ１０２と、コリメータレンズ１０３ａ～１０３ｃと、アパーチャ１０４ａ～１０４ｃと、ミラー１０５と、ダイクロイックミラー１０６ａ、１０６ｂと、偏光ビームスプリッター１０７と、空間光変調器１０８と、を備える。

　光源１０１は、３つのレーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを備える。

　レーザ光源１０１ａは、６３５ｎｍ以上６４５ｎｍ以下の範囲に含まれる赤色波長のレーザ光を出射し、レーザ光源１０１ｂは、５１０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の範囲に含まれる緑色波長のレーザ光を出射し、レーザ光源１０１ｃは、４４０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲に含まれる青色波長のレーザ光を出射する。

　本実施形態では、画像３０としてカラー画像を表示するため、光源１０１がこれら３つのレーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを備える。レーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、たとえば、半導体レーザからなっている。画像３０として単色の画像を表示する場合、光源１０１は、画像の色に対応する１つのレーザ光源のみを備えていてもよい。また、光源１０１は、出射波長の異なる２つのレーザ光源を備える構成であってもよい。

　レーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、１つの回路基板１１０に設置されており、回路基板１１０には、レーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの設置位置付近の温度（環境温度）を検出するための温度センサ１０２が設置されている。温度センサ１０２は、赤色波長のレーザ光を出射するレーザ光源１０１ａの周辺に設置されている。すなわち、温度センサ１０２は、その他２つのレーザ光源１０１ｂ、１０１ｃよりもレーザ光源１０１ａに接近する位置に配置されている。レーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃごとに温度センサが配置されてもよい。

　レーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃから出射されたレーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ１０３ａ～１０３ｃによって平行光に変換される。コリメータレンズ１０３ａ～１０３ｃを透過したレーザ光は、それぞれ、アパーチャ１０４ａ～１０４ｃによって、空間光変調器１０８の変調領域の形状（長方形）のビームに整形される。すなわち、アパーチャ１０４ａ～１０４ｃは、レーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃからそれぞれ出射されたレーザ光のビームサイズおよびビーム形状を揃えるためのビーム整形部を構成する。

　なお、コリメータレンズ１０３ａ～１０３ｃに代えて、レーザ光を空間光変調器１０８の変調領域の形状（長方形）のビームに整形し且つ平行光化する整形レンズを用いてもよい。この場合、アパーチャ１０４ａ～１０４ｃは省略され得る。

　その後、レーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃから出射された各色のレーザ光は、ミラー１０５と２つのダイクロイックミラー１０６ａ、１０６ｂによって光軸が整合される。ミラー１０５は、コリメータレンズ１０３ａを透過した赤色レーザ光を略全反射する。ダイクロイックミラー１０６ａは、コリメータレンズ１０３ｂを透過した緑色レーザ光を反射し、ミラー１０５で反射された赤色レーザ光を透過する。ダイクロイックミラー１０６ｂは、コリメータレンズ１０３ｃを透過した青色レーザ光を透過し、ダイクロイックミラー１０６ａを経由した赤色レーザ光および緑色レーザ光を反射する。ミラー１０５と２つのダイクロイックミラー１０６ａ、１０６ｂは、レーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃから出射された各色のレーザ光の光軸を整合させるように配置されている。

　また、レーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、偏光ビームスプリッター１０７に入射する各色のレーザ光がＳ偏光となるように配置されている。

　偏光ビームスプリッター１０７は、Ｓ偏光の光を反射しＰ偏光の光を透過する偏光面１０７ａを備える。ダイクロイックミラー１０６ｂを経由した各色のレーザ光は、偏光ビームスプリッター１０７の偏光面１０７ａによって反射され、空間光変調器１０８へと導かれる。

　空間光変調器１０８は、たとえば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）により構成される。空間光変調器１０８は、偏光面１０７ａにより反射された各色の光を、駆動信号に応じて変調させ、画像３０の元となる表示光を生成する。このとき、各色のレーザ光は、画素ごとに、偏光方向の回転角が、当該画素の輝度に応じた角度に調整される。これにより、空間光変調器１０８から偏光ビームスプリッター１０７へと向かう各色のレーザ光は、画素ごとに、偏光面１０７ａを透過する光量が調整される。こうして、偏光面１０７ａを通過する各色のレーザ光によって、描画画像に応じた表示光が生成される。

　ホログラム導光板２２は、導光路２０１とホログラム２１１、２２１、２３１を備える。

　導光路２０１は、透明な平板形状のガラス板により構成される。なお、導光路２０１は、ガラス板に代えて、透明な平板形状の樹脂により構成されてもよい。ホログラム２１１、２２１、２３１は、導光路２０１において表示光に回折作用を付与する。ホログラム２１１、２２１、２３１は、偏光ビームスプリッター１０７を経てＺ軸正方向に進む表示光を、導光路２０１内で伝搬させるとともにＸ－Ｙ平面内において拡散させ、ウインドシールド１２の投射領域１３（図１（ｂ）参照）へと導く。

　また、ホログラム２３１に形成された回折パターンは、レンズ効果を有する。ホログラム２３１の回折パターンが有するレンズ効果により、ホログラム導光板２２から出射される表示光は、所定の広がり角で投射領域１３に導かれ、ウインドシールド１２の前方に所定の大きさの画像３０を形成する。なお、ホログラム２３１の回折パターンにレンズ効果が付与されることに代えて、ホログラム導光板２２とウインドシールド１２との間にレンズが設けられてもよい。

　ホログラム２３１の周辺の導光路２０１の表面には、歪みセンサ２３２が設置されている。歪みセンサ２３２は、ホログラム導光板２２の歪みを検知する。歪みセンサ２３２は、伸び縮みすることで変化する抵抗値を検出信号として出力するセンサである。後述のように、歪みセンサ２３２の検出信号は、ホログラム２３１の歪みによる画像３０の変形を補正するために用いられる。

　画像制御回路３０１は、ＣＰＵ等の演算処理ユニットやメモリを備え、入力された映像信号を処理してレーザ駆動回路３０２および表示駆動回路３０３を制御する。また、画像制御回路３０１は、変形補正テーブル３０１ａと、輝度補正テーブル３０１ｂと、パワー補正テーブル３０１ｃと、をメモリ内に備える。

　後述のように、画像制御回路３０１は、歪みセンサ２３２の検知結果に基づいて、ホログラム導光板２２の歪みによる画像３０の変形を抑制するよう、表示駆動回路３０３を介して空間光変調器１０８を制御し、画像生成部２１（空間光変調器１０８）により生成される表示光を設定する。また、画像制御回路３０１は、歪みセンサ２３２の検知結果に基づいて、画像３０の輝度むらを抑制するよう、表示駆動回路３０３を介して空間光変調器１０８を制御し、画像生成部２１（空間光変調器１０８）により生成される表示光の輝度を設定する。さらに、画像制御回路３０１は、温度センサ１０２の検知結果に基づいて、画像３０（図１（ｃ）参照）の輝度の低下を抑制するよう、レーザ駆動回路３０２を介して光源１０１の出射パワーを制御し、画像生成部２１（空間光変調器１０８）により生成される表示光の明るさを設定する。

　画像制御回路３０１は、これらの制御の際に、変形補正テーブル３０１ａと、輝度補正テーブル３０１ｂと、パワー補正テーブル３０１ｃとを参照する。これらの制御については、追って図５（ａ）～図７（ｃ）を参照して説明する。

　レーザ駆動回路３０２は、画像制御回路３０１から入力される制御信号に応じて、レーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを駆動させる。表示駆動回路３０３は、画像制御回路３０１から入力される制御信号に応じて、空間光変調器１０８を駆動させる。

　図３（ａ）は、ホログラム導光板２２および歪みセンサ２３２をＺ軸負方向に見た場合の構成を模式的に示す平面図である。図３（ｂ）は、ホログラム導光板２２および歪みセンサ２３２の構成を模式的に示す斜視図である。図３（ａ）、（ｂ）では、便宜上、ＸＹＺ軸の各方向に、左右方向、前後方向および上下方向が対応づけられている。

　図３（ａ）、（ｂ）に示すように、導光路２０１には、１つのホログラム２１１、２つのホログラム２２１、および１つのホログラム２３１が設置されている。ホログラム２１１は、導光路２０１の前端かつ右端の下面に設置されている。ホログラム２２１は、導光路２０１の前端かつ左端の上面および下面に設置されている。２つのホログラム２２１は、平面視において同じ位置に設置されている。ホログラム２３１は、導光路２０１の後端かつ左端の上面に設置されている。ホログラム２１１、２３１は、略正方向形状を有しており、ホログラム２２１は、短手方向の幅がホログラム２１１と略同じであり、長手方向の幅がホログラム２３１と略同じである長方形形状を有している。

　図３（ａ）に示すように、平面視において、ホログラム２１１と同じ位置にある導光路２０１の領域を空間領域Ａ１と称し、ホログラム２２１と同じ位置にある導光路２０１の領域を空間領域Ａ２と称し、ホログラム２３１と同じ位置にある導光路２０１の領域を空間領域Ａ３と称する。

　画像生成部２１から出射された表示光は、空間領域Ａ１の下面に位置する入射領域Ａ１１から導光路２０１内に取り込まれる。入射領域Ａ１１から取り込まれた表示光は、空間領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の順に伝搬および拡散され、空間領域Ａ３の上面に位置する出射領域Ａ３１から上方向に出射される。

　歪みセンサ２３２は、導光路２０１の上面に４つ設置され、導光路２０１の下面に４つ設置されている。上面側の４つの歪みセンサ２３２のうち、ホログラム２３１の左側および右側にそれぞれ２つの歪みセンサ２３２が配置されている。上面側の４つの歪みセンサ２３２と下面側の４つの歪みセンサ２３２は、平面視において同じ位置に設置されている。

　図４（ａ）は、ホログラム導光板２２をＹ軸正方向（後方）に見た場合の側面図である。図４（ｂ）は、ホログラム導光板２２をＸ軸正方向（左方向）に見た場合の側面図である。

　ホログラム導光板２２は、入射領域Ａ１１全体に照射された表示光が出射領域Ａ３１全体に広がるように、ホログラム２１１、２２１による回折作用によって、表示光を導光路２０１に沿って伝搬させる。入射領域Ａ１１における表示光の輝度分布は、空間光変調器１０８で変調された輝度分布となっている。出射領域Ａ３１における表示光の輝度分布は、入射領域Ａ１１の表示光の輝度分布がそのまま反映される。すなわち、ホログラム導光板２２は、入射領域Ａ１１の表示光の輝度分布が出射領域Ａ３１全体に投影されるように、ホログラム２１１、２２１により回折作用を表示光に付与する。こうして、出射領域Ａ３１全体に広がる表示光は、出射領域Ａ３１のホログラム２３１により回折されて、上方に出射される。このとき、ホログラム２３１は、ウインドシールド１２（図１（ａ）参照）による屈折作用と相俟って、空間光変調器１０８に描画された画像が虚像として画像３０に投影されるように、表示光に回折作用（レンズ作用）を付与する。

　図４（ａ）に示すように、ホログラム２１１は、表示光を回折させて入射領域Ａ１１内へと取り込む。ホログラム２１１は、右端から左端に向かって、表示光を回折させるときの回折角が大きくなるよう構成されている。入射領域Ａ１１の右端から入射した表示光は、空間領域Ａ１の導光路２０１内で全反射されながら左方向に進み、空間領域Ａ２へと到達する。一方、入射領域Ａ１１の左端から入射した表示光は、空間領域Ａ１の導光路２０１内で反射されることなく、そのまま空間領域Ａ２へと到達する。

　こうして、空間領域Ａ２へと到達した表示光は、空間領域Ａ２のホログラム２２１によって進行方向をＹ軸正方向に曲げられつつ、空間領域Ａ２の導光路２０１内を反射されながら、空間領域Ａ３へと進む。これにより、表示光は、空間領域Ａ３の出射領域Ａ３１へと導かれ、出射領域Ａ３１に配置されたホログラム２３１に到達する。

　図４（ｂ）に示すように、ホログラム２３１は、出射領域Ａ３１に到達した表示光を回折させてホログラム導光板２２の上方へ導く。ホログラム２３１は、後端に向かうほど、回折作用を発揮し得る入射角（以下、「有効入射角」という）が大きくなるよう構成されている。したがって、図４（ｂ）に破線矢印で示す光線は、ホログラム２３１に対する入射角が大きいため、ホログラム２３１の前側の領域では回折作用を受けず、空間領域Ａ３の導光路２０１で全反射を繰り返して、ホログラム２３１の後端へと到達する。この光線の入射角は、ホログラム２３１後端の有効入射角に整合する。このため、この光線は、ホログラム２３１の後端で回折作用を受けて、上方に出射される。他方、図４（ｂ）に点線で示す光線は、ホログラム２３１に対する入射角が小さい。この光線の入射角は、ホログラム２３１前端の有効入射角に整合する。このため、この光線は、ホログラム２３１の前端で回折作用を受けて、上方に出射される。

　ホログラム２３１における有効入射角の前後方向の分布は、入射領域Ａ１１に配置されたホログラム２１１の回折角の左右方向の分布に対応する。このため、入射領域Ａ１１に取り込まれた表示光は、当該表示光の領域が出射領域Ａ３１のサイズに拡張された状態で、出射領域Ａ３１に配置されたホログラム２３１を透過し、出射領域Ａ３１から上方に出射される。このとき、ホログラム２３１は、ウインドシールド１２（図１（ａ）参照）による屈折作用と相俟って、空間光変調器１０８に描画された画像が虚像として画像３０に投影されるように、表示光に回折作用（レンズ作用）を付与する。こうして、ウインドシールド１２の投射領域１３に投射された表示光によって、画像３０が表示される。

　ここで、画像表示装置２０が設置されたダッシュボード１１の温度上昇や、ダッシュボード１１自体の変形などにより、ホログラム導光板２２が歪む場合がある。このような場合、ホログラム導光板２２から出射される表示光が正規の形状から変形し、虚像である画像３０（図１（ｃ）参照）も変形してしまう。

　図５（ａ）、（ｂ）は、ホログラム２３１の位置においてホログラム導光板２２が歪んでいる状態を模式的に示す側面図である。図５（ａ）は、ホログラム導光板２２が下方向に撓んだ状態、すなわち「内ぞり」の状態を示しており、図５（ｂ）は、ホログラム導光板２２が上方向に撓んだ状態、すなわち「上ぞり」の状態を示している。

　図５（ａ）の場合、空間領域Ａ２の後端へと到達する破線矢印の表示光は、ホログラム導光板２２の歪みにより、図４（ｂ）に示す場合よりもやや前方の位置においてホログラム２３１に入射する。このため、表示光は、出射領域Ａ３１の後端よりもやや前方において、ホログラム２３１を透過する。これにより、ホログラム導光板２２から出射される表示光の前後方向の幅は、図４（ｂ）の場合に比べて狭くなってしまう。

　一方、図５（ｂ）の場合、空間領域Ａ２の後端へと到達する破線矢印の表示光は、ホログラム導光板２２の歪みにより、図４（ｂ）に示す場合よりもやや後方の位置においてホログラム２３１に入射する。このため、表示光は、出射領域Ａ３１の後端よりもやや後方の位置から導光路２０１の外側へ出射される。これにより、ホログラム導光板２２から出射される表示光の前後方向の幅は、図４（ｂ）の場合に比べて広くなってしまう。

　このように、ホログラム２３１の位置においてホログラム導光板２２に歪みが生じると、ホログラム導光板２２から出射される表示光の前後方向の幅が変化してしまう。また、ホログラム２３１に対する表示光の位置ずれにより、ホログラム２３１の回折作用が表示光に適正に付与されないため、ホログラム導光板２２から出射される表示光の形状は、前後方向のみならず左右方向にも、正規の形状から変化する。

　これに対し、本実施形態では、ホログラム導光板２２の歪みが歪みセンサ２３２により検出され、歪みセンサ２３２の検知結果に基づいて、画像３０の変形を抑制するよう、画像生成部２１により生成される表示光が設定される。以下、この制御について、図６（ａ）～図７（ａ）を参照して説明する。

　図６（ａ）～（ｃ）は、表示光Ｌおよび画像３０を模式的に示す図である。以下、空間光変調器１０８で生成され偏光ビームスプリッター１０７へと向かう光を、便宜上、表示光Ｌと称する。

　図６（ａ）は、ホログラム導光板２２に歪みがない場合の表示光Ｌおよび画像３０を示している。図６（ｂ）は、ホログラム２３１の位置においてホログラム導光板２２に歪みがある場合の表示光Ｌおよび画像３０（比較例）を示している。図６（ｃ）は、ホログラム２３１の位置においてホログラム導光板２２に歪みがあり、かつ表示光Ｌが補正された場合の、表示光Ｌおよび画像３０を示している。図６（ａ）～（ｃ）では、表示光Ｌと画像３０が、便宜上、格子状の分割線により１６個の領域に分割されている。

　図６（ａ）に示すように、空間光変調器１０８で生成される表示光Ｌの輪郭形状は、通常、長方形である。ホログラム導光板２２に歪みがない場合、長方形の表示光Ｌによって形成される画像３０も、適正に長方形となる。この場合、表示光Ｌの設定（補正）は不要である。

　図６（ｂ）に示すように、ホログラム２３１の位置においてホログラム導光板２２に歪みがあると、長方形の表示光Ｌに基づいてホログラム導光板２２から出射される表示光が変形し、画像３０も意図せず変形した形状となる。この場合、図６（ｃ）に示すように、表示光Ｌを補正することにより、画像３０の変形を解消できる。

　図６（ｃ）を参照して、表示光Ｌの設定（補正）について説明する。

　ホログラム２３１の位置においてホログラム導光板２２に歪みがある場合、画像制御回路３０１（図２参照）は、歪みセンサ２３２の検知結果に基づいて、変形補正テーブル３０１ａを参照し、補正後の表示光Ｌの交点座標を取得する。交点座標を元に格子状に分割された１６個の領域を拡大・縮小することで、画像３０の形状を補正する。

　図７（ａ）は、変形補正テーブル３０１ａの構成を模式的に示す図である。

　変形補正テーブル３０１ａには、歪みセンサ２３２の検知結果に対応して、画像３０の変形を抑制するための表示光Ｌの交点座標が予め記憶されている。歪みセンサ２３２の検知結果は、ホログラム２３１の周囲に設置された８つの歪みセンサ２３２の検出信号から、ホログラム導光板２２がどの程度歪んでいるかを示す値である。変形補正テーブル３０１ａの交点座標は、図６（ｃ）の変形後（補正後）の表示光Ｌの、格子状の分割線による２５個の交点の座標である。

　図６（ｃ）に戻り、画像制御回路３０１は、歪みセンサ２３２の検知結果に基づいて、変形補正テーブル３０１ａを参照し、補正後の表示光Ｌの２５個の交点座標を取得する。そして、画像制御回路３０１は、空間光変調器１０８によって生成される表示光Ｌの交点座標が、取得した２５個の交点座標となるように、表示駆動回路３０３を介して空間光変調器１０８を制御する。このとき、交点座標を元に格子状に分割された表示光Ｌの１６個の領域は、取得した２５個の交点座標に応じて拡大・縮小される。これにより、図６（ｃ）に示すように、画像３０が補正され、画像３０が適正な長方形となる。

　また、ホログラム導光板２２が歪んだ場合、画像３０の位置ごとに輝度のばらつき（輝度むら）も生じる。たとえば、図５（ｂ）の場合、破線矢印の表示光は回折されずに外部に漏れ出るため、画像３０の後端側が暗くなりやすい。これに対し、本実施形態では、画像制御回路３０１が、歪みセンサ２３２の検知結果に基づいて、輝度補正テーブル３０１ｂを参照し、空間光変調器１０８によって生成される表示光Ｌの輝度値を設定する。

　図７（ｂ）は、輝度補正テーブル３０１ｂの構成を模式的に示す図である。

　輝度補正テーブル３０１ｂには、歪みセンサ２３２の検知結果に対応して、画像３０の輝度むらを抑制するための表示光Ｌの交点の輝度の倍率が予め記憶されている。輝度補正テーブル３０１ｂの輝度の倍率は、表示光Ｌを格子状の分割線によって分割したときの２５個の交点における輝度の倍率である。

　画像制御回路３０１は、歪みセンサ２３２の検知結果に基づいて、輝度補正テーブル３０１ｂを参照し、表示光Ｌの２５個の交点の輝度の倍率を取得する。そして、画像制御回路３０１は、空間光変調器１０８によって生成される表示光Ｌの交点の輝度値が、補正前の表示光Ｌの輝度値に輝度の倍率を乗算した値となるように、表示駆動回路３０３を介して空間光変調器１０８を制御する。これにより、画像３０の輝度むらが補正され、画像３０の輝度が適正なものになる。

　また、光源１０１の温度が変化した場合、光源１０１から出射される各色のレーザ光の波長が、所期の波長から変動する。この場合、空間光変調器１０８で生成される表示光Ｌの波長も変動するため、ホログラム２１１、２２１、２３１の回折効率が変化してしまう。これにより、画像３０全体の明るさが温度に応じて変化する。これに対し、本実施形態では、光源１０１の温度が温度センサ１０２により検出され、画像制御回路３０１が、温度センサ１０２の検知結果に基づいて、パワー補正テーブル３０１ｃを参照し、レーザ光源１０１ａ～１０１ｃの出射パワーを設定する。

　図７（ｃ）は、パワー補正テーブル３０１ｃの構成を模式的に示す図である。

　パワー補正テーブル３０１ｃには、温度センサ１０２の検知結果に対応して、レーザ光源１０１ａ～１０１ｃの出射パワーの設定値が予め記憶されている。画像制御回路３０１は、温度センサ１０２の検知結果に基づいて、パワー補正テーブル３０１ｃを参照し、レーザ光源１０１ａ～１０１ｃの出射パワーの設定値を取得する。そして、画像制御回路３０１は、取得した各設定値でレーザ光源１０１ａ～１０１ｃが発光するよう、レーザ駆動回路３０２を介してレーザ光源１０１ａ～１０１ｃを制御する。これにより、画像３０の明るさが補正され、画像３０の輝度が適正なものになる。

　なお、パワー補正テーブル３０１ｃには、温度センサ１０２の検知結果に対応して、空間光変調器１０８における全画素の階調（画像３０の全体の階調）を一律に変化させる倍率が予め記憶されてもよい。この場合、画像制御回路３０１は、空間光変調器１０８によって生成される表示光Ｌの全画素の階調が、補正前の表示光Ｌの全画素の階調に倍率を乗算した値となるように、表示駆動回路３０３を介して空間光変調器１０８を制御する。

　＜実施形態の効果＞
　本実施形態によれば、以下の効果が奏される。

　画像制御回路３０１（制御部）は、歪みセンサ２３２の検知結果に基づいて、ホログラム導光板２２の歪みによる画像３０（表示画像）の変形を抑制するよう、画像生成部２１により生成される表示光Ｌを設定する。これにより、ホログラム導光板２２に歪みが生じたとしても、図６（ｃ）の左側に示すように、画像生成部２１により生成される表示光Ｌの輪郭形状が設定され、表示光Ｌの各領域が拡大・縮小されることにより、ホログラム導光板２２から出射される表示光Ｌが変形することを抑制し、図６（ｃ）の右側に示すように、画像３０の変形を抑制できる。

　歪みセンサ２３２は、ホログラム２３１の配置領域周辺に、表示光の伝搬方向（Ｙ軸方向）に沿って配置されている。空間領域Ａ３内の表示光の伝搬方向においてホログラム２３１の位置に歪みが生じると、ホログラム２３１に入射する表示光に回折作用が適正に付与されず、結果、ホログラム導光板２２から出射される表示光が顕著に変形しやすくなる。これに対し、歪みセンサ２３２が表示光の伝搬方向（Ｙ軸方向）に沿ってホログラム２３１の配置領域周辺に配置されると、伝搬方向におけるホログラム２３１の位置の歪みを正確に検知できるため、画像３０の変形状況を正確に把握できる。よって、画像制御回路３０１により画像３０をより適正に補正することができる。

　歪みセンサ２３２は、平面視において、ホログラム導光板２２の上面および下面の同じ位置に、それぞれ配置されている。このように、ホログラム導光板２２の上面と下面にそれぞれ対となるよう歪みセンサ２３２が配置されると、ホログラム導光板２２の歪みを、精度よく検出することができる。これにより、表示光Ｌの変形を精度よく補正できる。

　歪みセンサ２３２は、ホログラム２３１の一辺に沿って２つ配置されている。このように、ホログラム２３１の一辺に沿って２つの歪みセンサ２３２が配置されると、ホログラム２３１の一辺に沿って１つの歪みセンサ２３２が配置される場合に比べて、ホログラム導光板２２の歪みをより精度よく検出することができる。これにより、表示光Ｌの変形をより精度よく補正できる。

　画像制御回路３０１（制御部）は、歪みセンサ２３２の検知結果に基づいて、ホログラム導光板２２の歪みによる画像３０（表示画像）の輝度むらを抑制するよう、画像生成部２１により生成される表示光Ｌの輝度を設定する。ホログラム導光板２２に歪みが生じると、ホログラム導光板２２から出射される表示光に基づく画像３０に輝度むらが生じる。これに対し、画像制御回路３０１は、ホログラム導光板２２の歪みに基づいて、画像３０の輝度むらが抑制されるよう画像生成部２１を制御する。これにより、ホログラム導光板２２から出射される表示光に基づく画像３０に輝度むらが生じることを抑制できる。

　ホログラム２３１は、出射領域Ａ３１に配置されており、歪みセンサ２３２は、出射領域Ａ３１付近に配置されている。出射領域Ａ３１の位置にあるホログラム２３１が最も、ホログラム導光板２２から出射される表示光の変形に影響を与えやすい。よって、出射領域Ａ３１のホログラム２３１の変形を歪みセンサ２３２で検知して画像生成部２１を制御することで、画像３０の変形をより効果的に抑制できる。

　＜変更例＞
　上記実施形態では、ホログラム２３１の配置領域周辺に、表示光の伝搬方向（Ｙ軸方向）に沿って歪みセンサ２３２が配置されたが、さらに他の位置にもホログラムを配置してもよい。

　図８（ａ）は、歪みセンサの配置の変更例１に係る、ホログラム導光板２２および歪みセンサ２３２、２３３の構成を模式的に示す平面図である。

　この変更例では、ホログラム２３１の配置領域周辺に、空間領域Ａ３内の表示光の伝搬方向（Ｙ軸方向）に垂直な方向（Ｘ軸方向）に沿って歪みセンサ２３３が配置されている。また、歪みセンサ２３３は、平面視において、ホログラム導光板２２の上面および下面の同じ位置に、それぞれ配置されており、歪みセンサ２３３は、ホログラム２３１の一辺に沿って２つ配置されている。

　この変更例によれば、歪みセンサ２３２、２３３は、ホログラム２３１の隣り合う２辺に沿ってそれぞれ配置されている。こうすると、ホログラム２３１の配置領域の隣り合う２辺にそれぞれ平行な方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）において、ホログラム２３１の歪みを検出することができる。したがって、２辺にそれぞれ平行な方向における表示光の変形を抑制できる。

　ただし、空間領域Ａ３内の表示光の伝搬方向においてホログラム２３１に歪みが生じる場合の方が、空間領域Ａ３内の表示光の伝搬方向に垂直な方向においてホログラム２３１に歪みが生じる場合よりも、ホログラム導光板２２から出射される表示光が顕著に変形しやすい。したがって、上記実施形態のように歪みセンサ２３２のみが設けられたとしても、画像３０の変形の抑制を効果的に抑制できると言える。また、このような観点から、ホログラム２３１の１辺に対して１つの歪みセンサ２３３のみが配置されてもよい。

　図８（ｂ）は、歪みセンサの配置の変更例２に係る、ホログラム導光板２２および歪みセンサ２１２、２１３、２２２、２３２、２３３の構成を模式的に示す平面図である。

　この変更例では、ホログラム２１１の配置領域周辺に、歪みセンサ２１２、２１３が配置されている。歪みセンサ２１２、２１３は、それぞれ、空間領域Ａ１内の表示光の伝搬方向（Ｘ軸方向）および伝搬方向に垂直な方向（Ｙ軸方向）に沿って配置されている。また、ホログラム２２１の配置領域周辺には歪みセンサ２２２、２３３が配置されている。歪みセンサ２２２、２３３は、ホログラム２２１の長手方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されている。歪みセンサ２１２、２１３、２２２、２３３は、平面視において、ホログラム導光板２２の上面および下面の同じ位置に、それぞれ配置されており、歪みセンサ２２２は、ホログラム２２１の一辺に沿って２つ配置されている。

　この変更例によれば、歪みセンサ２１２、２１３は、ホログラム２１１の隣り合う２辺に沿ってそれぞれ配置されている。これにより、ホログラム２１１の２辺にそれぞれ平行な方向における表示光の変形を把握でき、表示光の変形を精度よく補正できる。また、歪みセンサ２１２は、空間領域Ａ１内の表示光の伝搬方向に沿って配置されているため、空間領域Ａ１において、ホログラム導光板２２から出射される表示光の変形に影響を与えやすい方向（Ｘ軸方向）の、ホログラム導光板２２の歪みを正確に検知できる。

　また、ホログラム２２１のＸ軸方向の幅は、ホログラム２２１のＹ軸方向の幅よりも長い。したがって、空間領域Ａ２内では、Ｘ軸方向の伝搬の方が、Ｙ軸方向の伝搬よりも、ホログラム２２１の位置の歪みの影響を受けやすい。これに対し、この変更例では、歪みセンサ２２２、２３３が、ホログラム２２１の長手方向に沿って配置されているため、空間領域Ａ２において、ホログラム導光板２２から出射される表示光の変形に影響を与えやすい方向（Ｘ軸方向）の、ホログラム導光板２２の歪みを正確に検知できる。

　なお、図８（ｂ）の変更例２において、ホログラム２１１の後方側および左側に歪みセンサが配置されてもよく、ホログラム２２１の右側および左側に歪みセンサが配置されてもよい。

　また、上記実施形態および変更例では、歪みセンサは、平面視において、ホログラム導光板２２の上面および下面の同じ位置にそれぞれ配置されたが、上面および下面のいずれか一方にのみ配置されてもよい。ただし、ホログラム導光板２２の歪みを精度よく検知するためには、歪みセンサは、ホログラム導光板２２の上面および下面の両方に配置されるのが好ましい。

　また、上記実施形態では、入射領域Ａ１１から入射した表示光が、左方向および後方に伝搬され出射領域Ａ３１から出射された。しかしながら、これに限らず、入射領域Ａ１１から入射した表示光が、一方向のみに伝搬され、伝搬先に配置されたホログラムの位置の出射領域から出射されてもよい。

　また、上記実施形態では、入射領域Ａ１１は導光路２０１の下面に設けられ、出射領域Ａ３１は導光路２０１の上面に設けられたが、入射領域Ａ１１および出射領域Ａ３１は導光路２０１の上面および下面のいずれに設けられてもよい。

　上記実施形態では、空間光変調器１０８は、光源１０１から出射された光を反射させて表示光Ｌを生成したが、光源１０１から出射された光を透過させて表示光Ｌを生成してもよい。

　また、上記実施形態では、本発明を乗用車１に搭載されるヘッドアップディスプレイに適用した例を示したが、本発明は、車載用に限らず、他の種類の画像表示装置にも適用可能である。

　また、画像表示装置２０および画像生成部２１の構成は、図１（ｃ）および図２に記載された構成に限られるものではなく、適宜、変更可能である。

　本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

　２０　画像表示装置
　３０　画像（表示画像）
　２１　画像生成部
　２２　ホログラム導光板
　１０１　導光路
　２１１、２２１、２３１　ホログラム
　２１２、２１３、２２２、２３２、２３３　歪みセンサ
　３０１　画像制御回路（制御部）
　Ａ１１　入射領域
　Ａ３１　出射領域

Claims (7)

1. 　映像信号に基づいて所定の輪郭形状の表示光を生成する画像生成部と、
   　入射領域から取り込んだ前記表示光を出射領域へと伝搬する導光路および前記導光路において前記表示光に回折作用を付与するホログラムを有するホログラム導光板と、
   　前記ホログラム導光板の歪みを検知する歪みセンサと、
   　前記画像生成部を制御する制御部と、を備え、
   　前記制御部は、前記歪みセンサの検知結果に基づいて、前記ホログラム導光板の歪みによる表示画像の変形を抑制するよう、前記画像生成部により生成される前記表示光を設定する、
   ことを特徴とする画像表示装置。
    
2. 　請求項１に記載の画像表示装置において、
   　前記歪みセンサは、前記ホログラムの配置領域周辺に前記表示光の伝搬方向に沿って配置されている、
   ことを特徴とする画像表示装置。
    
3. 　請求項１または２に記載の画像表示装置において、
   　前記歪みセンサは、平面視において、前記ホログラム導光板の上面および下面の同じ位置に、それぞれ配置されている、
   ことを特徴とする画像表示装置。
    
4. 　請求項１ないし３の何れか一項に記載の画像表示装置において、
   　前記歪みセンサは、前記ホログラムの配置領域の隣り合う２辺に沿ってそれぞれ配置されている、
   ことを特徴とする画像表示装置。
    
5. 　請求項１ないし４の何れか一項に記載の画像表示装置において、
   　前記制御部は、前記歪みセンサの検知結果に基づいて、前記ホログラム導光板の歪みによる前記表示画像の輝度むらを抑制するよう、前記画像生成部を制御する、
   ことを特徴とする画像表示装置。
    
6. 　請求項１ないし５の何れか一項に記載の画像表示装置において、
   　前記ホログラムは、前記入射領域および前記出射領域にそれぞれ配置されている、
   ことを特徴とする画像表示装置。
    
7. 　請求項６に記載の画像表示装置において、
   　前記歪みセンサは、前記出射領域付近に配置されている、
   ことを特徴とする画像表示装置。

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