(57)【要約】【課題】  環境変化や経時等による精度低下を抑制できる光走査装置、表示システム、移動体を提供する。【解決手段】  光源装置１１から照射される照射光を、主走査方向と、主走査方向に直交する副走査方向とに走査する光偏向装置１３と、光偏向装置１３が検知領域を走査するときの照射光を検知する受光素子６１と、を備え、光偏向装置１３が走査領域１５Ｒ３を走査するときに光源装置１１を点灯させるとともに、副走査方向において、検知領域と重ならない位置と検知領域と重なる位置との間で走査領域１５Ｒ３を移動させる光走査装置、表示システム、移動体である。【選択図】図２０
2020154111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から照射される照射光を、主走査方向と、前記主走査方向に直交する副走査方向とに走査する光偏向部と、
前記光偏向部が検知領域を走査するときの前記照射光を検知する光検知部と、を備え、
前記光偏向部が照射領域を走査するときに前記光源を点灯させるとともに、
前記副走査方向において、前記検知領域と重ならない位置と前記検知領域と重なる位置との間で前記照射領域を移動させる光走査装置。
【請求項２】
前記光偏向部が走査する走査範囲を前記副走査方向において変化させることにより、前記副走査方向において、前記検知領域と重ならない位置と前記検知領域と重なる位置との間で前記照射領域を移動させる請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記光偏向部は、前記照射光を反射する反射面を有し、
前記反射面の傾きを前記副走査方向において変化させることにより、前記副走査方向において、前記検知領域と重ならない位置と前記検知領域と重なる位置との間で前記照射領域を移動させる請求項１記載の光走査装置。
【請求項４】
前記検知領域は、前記副走査方向において互いに離れた第１の検知位置と第２の検知位置を含む請求項１〜３の何れか記載の光走査装置。
【請求項５】
前記第１の検知位置および前記第２の検知位置は、前記副走査方向における前記光検知部の両端側に位置する請求項４記載の光走査装置。
【請求項６】
前記光検知部は、前記主走査方向において互いに離れた第１の光検知部と第２の光検知部を含む請求項１〜５の何れか記載の光走査装置。
【請求項７】
前記副走査方向における前記第１の光検知部の両端部の各位置は、それぞれ前記副走査方向における前記第２の光検知部の両端部の各位置と異なる請求項６記載の光走査装置。
【請求項８】
前記副走査方向における前記第１の光検知部の両端部の各位置は、それぞれ前記副走査方向における前記第２の光検知部の両端部の各位置と同じである請求項６記載の光走査装置。
【請求項９】
前記検知領域は、前記第１の光検知部が検知する前記照射光の第１の検知領域と、前記第２の光検知部が検知する前記照射光の第２の検知領域を含み、
前記副走査方向における前記第１の検知領域の両端部の各位置は、それぞれ前記副走査方向における前記第２の検知領域の両端部の各位置と同じである請求項８記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記光偏向部が走査する走査範囲の前記副走査方向における中心位置に対して、前記第１の光検知部と前記第２の光検知部は同じ側に配置される請求項６〜９の何れか記載の光走査装置。
【請求項１１】
前記副走査方向において、前記検知領域と重ならない位置と前記検知領域と重なる位置との間で、前記照射領域を複数回移動させる請求項１〜１０の何れか記載の光走査装置。
【請求項１２】
前記副走査方向において、前記検知領域と重ならない位置と前記検知領域と重なる位置との間で、前記照射領域を掃引移動させる１〜１０の何れか記載の光走査装置。
【請求項１３】
前記副走査方向において前記検知領域と重ならない位置と前記検知領域と重なる位置との間で前記照射領域を移動させたときの、前記光偏向部を駆動する駆動制御量に基づき、前記副走査方向における前記照射領域の位置を補正する請求項１〜１１の何れか記載の光走査装置。
【請求項１４】
前記光偏向部により前記照射光が走査されるスクリーンを備え、
前記スクリーン上における前記光偏向部が前記照射光を走査する走査範囲に含まれる画像領域内で、画像情報に基づき前記光源を点灯させて、前記スクリーン上に画像を形成する請求項１〜１３の何れか記載の光走査装置。
【請求項１５】
前記副走査方向において、前記検知領域と重ならない位置と前記検知領域と重なる位置との間で前記照射領域を移動させるときには、前記画像領域内で、前記画像情報に基づき前記光源を点灯させない請求項１４記載の光走査装置。
【請求項１６】
前記画像領域内で、前記画像情報に基づき前記光源を点灯させるときには、前記副走査方向において、前記検知領域と重ならない位置と前記検知領域と重なる位置との間で前記照射領域を移動させない請求項１４または１５記載の光走査装置。
【請求項１７】
前記光検知部は、前記主走査方向において互いに離れた第１の光検知部と第２の光検知部を含み、
前記第１の光検知部および前記第２の光検知部の検知結果に基づき、前記画像領域内に形成される画像の前記副走査方向のサイズを異ならせる請求項１４〜１６記載の光走査装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７の何れか記載の光走査装置と、
前記光偏向部により前記照射光が走査されるスクリーンから投射される投射光を反射する結像光学系と、
前記結像光学系から反射される反射光を反射する反射部材と、を備え、
前記結像光学系は、前記投射光を前記反射部材に向けて反射して虚像を結像させる表示システム。
【請求項１９】
請求項１８記載の表示システムを備え、
前記反射部材は、フロントガラスである移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置、表示システム、および移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源から出射される光束を第１の方向と第２の方向に走査し、二次元の走査領域を形成する二次元走査装置が知られている。
【０００３】
特許文献１には、第２の方向に離間した少なくとも２箇所で、適切なタイミングで発光される走査光のスポット（走査光により形成される輝度の高い部分）の位置を光検出素子によって検出する二次元走査装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、環境変化や経時等による精度低下を抑制できる光走査装置、表示システム、および移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る光走査装置、表示システム、および移動体は、光源から照射される照射光を、主走査方向と、主走査方向に直交する副走査方向とに走査する光偏向部と、光偏向部が検知領域を走査するときの照射光を検知する光検知部と、を備え、光偏向部が照射領域を走査するときに光源を点灯させるとともに、副走査方向において、検知領域と重ならない位置と検知領域と重なる位置の間で照射領域を移動させる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、環境変化や経時等による精度低下を抑制できる光走査装置、表示システム、および移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る光源装置の具体的構成の一例を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。
【図６】マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。
【図７】光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。
【図８】２次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。
【図９】スクリーンの形状について説明するための説明図である。
【図１０】受光素子について説明するための説明図である。
【図１１】光偏向装置の駆動電圧と偏向角感度について説明するための説明図である。
【図１２】ＡＲ重畳された表示画像の例である。
【図１３】第１の実施形態に係る補正処理の構成図である。
【図１４】スクリーンのホルダの正面図である。
【図１５】スクリーンのホルダの斜視図である。
【図１６】走査位置検出についての説明するための図である。
【図１７】第１の実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。
【図１８】画像位置調整処理および画像サイズ調整処理を説明するフローチャートである。
【図１９】初期値の検出方法を示す図である。
【図２０】位置ずれ量の検出方法を示す図である。
【図２１】受光素子６１による照射光の検知信号を示した図である。
【図２２】副走査方向における走査角度と駆動電圧の関係を示す図である。
【図２３】図１３に示した構成図の変形例である。
【図２４】図２３に示した変形例における走査角度と駆動電圧の関係を示す図である。
【図２５】図１９に示した初期値の検出方法の変形例を示す図である。
【図２６】図２０に示した位置ずれ量の検出方法の変形例を示す図である。
【図２７】図１９に示した初期値の検出方法の第２の変形例を示す図である。
【図２８】図２０に示した位置ずれ量の検出方法の第２の変形例を示す図である。
【図２９】図２７および図２８に示した第２の変形例における副走査方向の位置と移動量の関係を示す図である。
【図３０】第２の実施形態に係る画像補正構成図である。
【図３１】画像サイズ補正について説明する図である。
【図３２】画像位置補正について説明する図である。
【図３３】受光素子端部の副走査方向の位置とパラメータＫとの関係を示すグラフである。
【図３４】第２の実施形態の受光素子の位置の第一の変形例である。
【図３５】第２の実施形態の受光素子の位置の第二の変形例である。
【図３６】画像サイズ補正制御の例を説明するためのフローチャートである。
【図３７】第３の実施形態に係る画像補正構成を示す図である。
【図３８】画像位置変動量の算出式に応じた表示画像の例である。
【図３９】第４の実施形態に係る画像補正構成図である。
【図４０】第２の実施形態の表示画像領域の詳細を示す図である。
【図４１】第３の実施形態の表示画像領域の詳細を示す図である。
【図４２】第４の実施形態の表示画像領域の詳細を示す図である。
【図４３】第２〜４の実施形態の表示画像領域を比較する表である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０００９】
●システム構成
図１は、第１の実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。表示システム１は、表示装置１００から投射される投射光ＰＬを、透過反射部材に投射させることによって観察者３に表示画像を視認させる。表示画像は、観察者３の視界に虚像４５として重畳して表示する画像である。表示システム１は、例えば、車両、航空機もしくは船舶等の移動体、または操縦シミュレーションシステムもしくはホームシアターシステム等の非移動体に備えられる。本実施形態は、表示システム１が、移動体の一例である自動車に備えられた場合について説明する。なお、表示システム１の使用形態は、これに限られるものではない。
【００１０】
表示システム１は、例えば、フロントガラス５０を介して車両の操縦に必要なナビゲーション情報（例えば車両の速度、進路情報、目的地までの距離、現在地名称、車両前方における物体（対象物）の有無や位置、制限速度等の標識、渋滞情報等の情報等）を、観察者３（操縦者）に視認させる。この場合、フロントガラス５０は、入射された光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる透過反射部材として機能する。観察者３の視点位置からフロントガラス５０までの距離は、数十ｃｍ〜１ｍ程度である。
【００１１】
表示システム１は、表示装置１００、外光センサ２０およびフロントガラス５０を備える。表示装置１００は、例えば、移動体の一例である自動車に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）である。表示装置１００は、自動車のインテリアデザインに準拠して任意の位置に配置される。表示装置１００は、例えば、自動車のダッシュボード２００の下方に配置されてもよく、ダッシュボード内に埋め込まれていてもよい。
【００１２】
表示装置１００は、画像形成ユニット１０、自由曲面ミラー３０および筐体９０を備える。画像形成ユニット１０は、光源装置１１、ユニット筐体１２、光偏向装置１３、ミラー１４およびスクリーン１５を備える。外光センサ２０は、表示システム１の外光強度、一例として照度を検出するために設けられたセンシングデバイスである。図１に示すように、外光センサ２０は、例えばフロントガラス５０付近に設置されている。
【００１３】
光源の一例としての光源装置１１は、光源から出射されたレーザー光を、装置外部へ照射するデバイスである。光源装置１１は、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のレーザー光を合成したレーザー光を照射してもよい。光源装置１１から出射されたレーザー光は、光偏向装置１３の反射面に導かれる。光源装置１１は、光源として、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子を有する。なお、光源は、これに限られず、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子を有してもよい。
【００１４】
光偏向部の一例としての光偏向装置１３は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）等を利用してレーザー光の進行方向を変化させるデバイスである。光偏向装置１３は、例えば、直交する２軸に対して揺動する単一の微小なＭＥＭＳミラー、または１軸に対して揺動もしくは回転する２つのＭＥＭＳミラーからなるミラー系等の走査手段を利用して構成される。光偏向装置１３から出射したレーザー光は、ミラー１４に対して走査される。なお、光偏向装置１３は、ＭＥＭＳミラーに限られず、ポリゴンミラー等を用いて構成されてもよい。
【００１５】
ミラー１４は、一例として凹面ミラーであり、光偏向装置１３から出射されてミラー１４の反射面を走査されるレーザー光を、スクリーン１５に向かって反射する。
【００１６】
画像形成部としてのスクリーン１５は、ミラー１４の反射面で反射されたレーザー光がスクリーン１５上に走査されることによって、スクリーン１５上に二次元画像（中間像）である画像光を形成する。そしてスクリーン１５は、走査されたレーザー光を所定の発散角で発散させる機能を有する発散部材である。スクリーン１５は、例えば、ＥＰＥ（Ｅｘｉｔ  Ｐｕｐｉｌ  Ｅｘｐａｎｄｅｒ）の形態として、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）または拡散板等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子によって構成される。なお、スクリーン１５は、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の光学素子によって構成されてもよい。
【００１７】
光源装置１１、光偏向装置１３、ミラー１４およびスクリーン１５はユニット筐体１２に保持され、画像形成ユニット１０の一部として機能する。なおスクリーン１５は、スクリーン１５によって発散された発散光を、画像形成ユニット１０の外部に出射できるように、ユニット筐体１２に全て覆われることなく、ユニット筐体１２にその一部を保持されている。なおユニット筐体１２は、一つの立体物であってもよいし、複数の部材を組み合わせた構造であってもよい。複数の部材を組み合わせた構造の一例として、光源装置１１、光偏向装置１３、ミラー１４とその間の光路全体を覆う大きさの立体物と、スクリーン１５を保持するホルダ等とを複数の部材として組み合わせて、ユニット筐体１２とすることができる。
【００１８】
スクリーン１５から出射された発散光であるレーザー光（光束）によって、自由曲面ミラー３０およびフロントガラス５０に投射された虚像４５は、スクリーン１５上に形成された中間像から拡大されて表示される。自由曲面ミラー３０は、フロントガラス５０の湾曲形状による画像の傾き、歪、位置ずれ等を相殺するように設計および配置されている。自由曲面ミラー３０は、回転軸３０１を中心として回転可能である。回転軸３０１は、一例として自由曲面ミラー３０の重心を通り、図１紙面垂直方向に平行な直線を軸として回転させることで、図１紙面上下方向の虚像４５の表示位置を変更できる。これにより、自由曲面ミラー３０は、スクリーン１５から出射したレーザー光（光束）の反射方向を調整し、観察者３の目の位置に合わせて虚像４５の表示位置を変更させることができる。
【００１９】
結像光学系の一例としての自由曲面ミラー３０は、スクリーン１５から出射された発散光によって虚像を結像するために、発散光を反射して投射光ＰＬを投射する。したがって自由曲面ミラー３０は虚像４５の結像位置が所望の位置になるように、また一定の集光パワーを有するように、一例として既存の光学設計シミュレーションソフトを用いて、設計されている。表示装置１００は、虚像４５が観察者３の視点位置から例えば１ｍ以上かつ３０ｍ以下（好ましくは１０ｍ以下）の位置（観察者３から見て奥行位置）に表示されるように、自由曲面ミラー３０の集光パワーが設定される。
【００２０】
なお、結像光学系は、集光機能を有する集光素子を一つ以上含む光学系であればよい。集光機能を有する集光素子としては自由曲面ミラー３０のような自由曲面ミラーに限られず、凹面ミラー、曲面ミラー、フレネル反射素子等であってもよい。また、集光素子は、高反射率のアルミや銀などの金属薄膜を蒸着やスパッタリングなどで形成されている。これにより、集光素子に入射した光の投射光ＰＬとしての利用効率を最大限に上げることができ、輝度の高い虚像が得られる。
【００２１】
自由曲面ミラー３０で反射された投射光ＰＬは、筐体９０に設けられた開口から表示装置１００の外部に投射され、フロントガラス５０に入射される。図１に示されるように筐体９０のうち、開口周辺部９０１によって筐体９０には開口Ｈが設けられている。開口周辺部９０１は、筐体９０のうち、開口Ｈの周囲部分である。開口周辺部９０１が設けられる位置、大きさによって開口Ｈの位置、大きさが定まる。そして筐体９０内に開口Ｈから外部の異物が進入することを防止するために、開口Ｈを塞ぐように防塵窓４０が設けられている。防塵窓４０は、特に投射光ＰＬを透過する材料で形成されることが好ましい。
【００２２】
反射部材の一例としてのフロントガラス５０は、レーザー光（光束）の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる機能（部分反射機能）を有する透過反射部材である。フロントガラス５０は、観察者３に前方の景色および虚像４５を視認させる半透過鏡として機能する。虚像４５は、例えば、車両情報（速度、走行距離等）、ナビゲーション情報（経路案内、交通情報等）、警告情報（衝突警報等）等を観察者３に視認させるための表示される像である。なお、透過反射部材は、フロントガラス５０とは別途設けられたフロントウインドシールド等であってもよい。
【００２３】
虚像４５は、フロントガラス５０の前方の景色と重畳するように表示されてもよい。また、フロントガラス５０は、平面でなく、湾曲している。そのため、虚像４５の結像位置は、自由曲面ミラー３０とフロントガラス５０の曲面によって決定される。なお、フロントガラス５０は、部分反射機能を有する個別の透過反射部材としての半透過鏡（コンバイナ）を利用してもよい。
【００２４】
そして自由曲面ミラー３０は、フロントガラス５０で発生する光学歪を低減するように面形状が設計されている。自由曲面ミラー３０に入射した光線は、自由曲面ミラー３０の面形状に従って自由曲面ミラー３０によって反射される。反射された光束はその後、フロントガラス５０に入射し、少なくともアイリプス中心（基準アイポイント）を含む少なくともアイリプス領域内の一点の視点に到達する。フロントガラス５０に入射した光束は、フロントガラス５０の面形状に応じて反射される。
【００２５】
このような構成により、スクリーン１５から出射されたレーザー光（光束）は、自由曲面ミラー３０に向けて投射される。自由曲面ミラー３０によって集光された投射光は、筐体９０の開口を通過してフロントガラス５０に向けて投射され、フロントガラス５０によって反射される。観察者３は、フロントガラス５０で反射された光によって、スクリーン１５に形成された中間像が拡大された虚像４５を視認することができるようになる。
【００２６】
なお、表示装置１００の投射方式は、液晶パネル、ＤＭＤパネル（デジタルミラーデバイスパネル）または蛍光表示管（ＶＦＤ）等イメージングデバイスで中間像を形成する「パネル方式」と、光源装置１１から出射されたレーザー光を走査手段で走査して中間像を形成する「レーザー走査方式」がある。
【００２７】
第１の実施形態に係る表示装置１００は、後者の「レーザー走査方式」を採用する。「レーザー走査方式」は、各画素に対して発光または非発光を割り当てることができるため、一般に高コントラストの画像を形成することができる。なお、表示装置１００は、投射方式として「パネル方式」を用いてもよい。
【００２８】
●ハードウエア構成
図２は、第１の実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。なお、図２に示すハードウエア構成は、各実施形態において同様の構成を備えていてもよく、必要に応じて構成要素が追加または削除されてもよい。
【００２９】
表示装置１００は、表示装置１００の動作を制御するための制御装置１７を有する。制御装置１７は、表示装置１００の内部に実装された基板またＩＣチップ等のコントローラである。制御装置１７は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）１００１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１００２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１００３、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１００４、Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１００５、バスライン１００６、ＬＤドライバ１００８、ＭＥＭＳコントローラ１０１０およびモータドライバ１０１２を含む。制御装置１７は制御部の一例である。
【００３０】
ＦＰＧＡ１００１は、表示装置１００の設計者による設定変更が可能な集積回路である。ＬＤドライバ１００８、ＭＥＭＳコントローラ１０１０、およびモータドライバ１０１２は、ＦＰＧＡ１００１からの制御信号に応じて駆動信号を生成する。ＣＰＵ１００２は、表示装置１００全体を制御するための処理を行う集積回路である。ＲＯＭ１００３は、ＣＰＵ１００２を制御するコンピュータが実行可能なプログラムを記憶する記憶装置である。ＲＡＭ１００４は、ＣＰＵ１００２のワークエリアとして機能する記憶装置である。
【００３１】
Ｉ／Ｆ１００５は、外部装置と通信するためのインターフェースである。Ｉ／Ｆ１００５は、例えば自動車のＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等に接続される。またＩ／Ｆ１００５は、外光センサ２０等に接続される。外光センサ２０は、Ｉ／Ｆ１００５を経由して制御装置１７へセンシングデータ（外光強度）を送信する。Ｉ／Ｆ１００５に接続されるセンサは外光センサ２０に限られず自動車外部、内部の情報を取得するための各種センサが接続されてよい。
【００３２】
ＬＤドライバ１００８は、光源装置１１を駆動する駆動信号、一例として光源装置１１の一部を構成する半導体発光素子ＬＤの駆動信号を生成する回路である。ＭＥＭＳコントローラ１０１０は、光偏向装置１３を駆動する駆動信号、一例として光偏向装置１３の一部を構成する走査ミラーを変位させるデバイスであるＭＥＭＳを駆動する駆動信号を生成する回路である。モータドライバ１０１２は、各種モータを駆動する駆動信号、一例として自由曲面ミラー３０の回転軸３０１を回転させる電動機であるモータ１０１１を駆動する駆動信号を生成する回路である。
【００３３】
●光源装置
図３は、第１の実施形態に係る光源装置の具体的構成に一例を示す図である。光源装置１１は、光源素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂ（以下、区別する必要のないときは、光源素子１１１とする。）、カップリングレンズ（コリメータ）１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂ、アパーチャ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂ、合成素子１１４，１１５，１１６、光分岐素子１１７、およびレンズ１１８、光検出器１１９を含む。
【００３４】
３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光源素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂは、例えば、それぞれ単数または複数の発光点を有するＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）である。光源素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂは、各光源素子に供給される駆動電流を変化に応じた光量のレーザー光を放射する。光源素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂは、互いに異なる波長λＲ，λＧ，λＢ（例えばλＲ＝６４０ｎｍ，λＧ＝５３０ｎｍ，λＢ＝４４５ｎｍ）のレーザー光（光束）を放射する。
【００３５】
放射された各レーザー光（光束）は、それぞれカップリングレンズ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂによりカップリングされる。カップリングされた各レーザー（光束）は、それぞれアパーチャ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂにより整形される。アパーチャ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂは、レーザー光（光束）の発散角等の所定の条件に応じた形状（例えば円形、楕円形、長方形、正方形等）を有する。
【００３６】
アパーチャ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂにより整形された各レーザー光（光束）は、３つの合成素子１１４，１１５，１１６により合成される。合成素子１１４，１１５，１１６は、プレート状またはプリズム状のダイクロイックミラーであり、波長に応じてレーザー光（光束）を反射または透過し、１つの光束に合成され、合成された光束は光分岐素子１１７に入射される。
【００３７】
光分岐素子１１７に入射した入射光の一部は、光分岐素子１１７を透過し、他の一部は光分岐素子１１７で反射される。すなわち、合成された光束は、光分岐素子１１７によって透過光と反射光に分岐される。
【００３８】
透過光は、レンズ１１８を透過し光偏向装置１３に照射され、スクリーン１５上での画像描画および虚像表示に用いられる。すなわち、透過光は、画像光として用いられる。
【００３９】
一方反射光は、光検出器１１９に照射される。光検出器１１９は、照射されたレーザーの強度に応じた電気信号を出力する。出力された電気信号は一例としてＦＰＧＡ１００１に出力され、表示システム１の制御に用いることが可能である。このように反射光は、レーザー光の強度を調整するモニタ光として、またその結果表示される虚像の色や輝度を調整するためのモニタ光として用いられる。
【００４０】
●光偏向装置
図４は、第１の実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。光偏向装置１３は、半導体プロセスにより製造されるＭＥＭＳミラーであり、ミラー１３０、蛇行状梁部１３２、枠部材１３４、および圧電部材１３６を含む。光偏向装置１３は、光偏向部の一例である。
【００４１】
ミラー１３０は、光源装置１１から出射されたレーザー光をスクリーン１５側に反射する反射面を有する。光偏向装置１３は、ミラー１３０を挟んで一対の蛇行状梁部１３２を形成する。蛇行状梁部１３２は、複数の折り返し部を有する。折り返し部は、交互に配置される第１の梁部１３２ａと第２の梁部１３２ｂとから構成されている。蛇行状梁部１３２は、枠部材１３４に支持されている。圧電部材１３６は、隣接する第１の梁部１３２ａと第２の梁部１３２ｂとを接続するように配置されている。圧電部材１３６は、第１の梁部１３２ａと第２の梁部１３２ｂとに異なる電圧を印加し、梁部１３２ａ，１３２ｂのそれぞれに反りを発生させる。
【００４２】
これにより、隣接する梁部１３２ａ，１３２ｂは、異なる方向に撓む。ミラー１３０は、撓みが累積されることによって、左右方向の軸を中心として垂直方向に回転する。このような構成により、光偏向装置１３は、垂直方向への光走査が低電圧で可能となる。上下方向の軸を中心とした水平方向の光走査は、ミラー１３０に接続されたトーションバー等を利用した共振により行われる。
【００４３】
●スクリーン
図５は、第１の実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。スクリーン１５は、光源装置１１の一部を構成するＬＤ１００７から出射されたレーザー光を結像させる。また、スクリーン１５は、所定の発散角で発散させる発散部材である。図５に示すスクリーン１５は、六角形形状を有する複数のマイクロレンズ１５０が隙間なく配列されたマイクロレンズアレイ構造を有している。マイクロレンズ１５０の幅（対向する２辺間の距離）は、一例として５０μｍ〜３００μｍの範囲で最適化され、本実施形態では２００μｍ程度である。スクリーン１５は、マイクロレンズ１５０の形状を六角形とすることにより、複数のマイクロレンズ１５０を高密度で配列することができる。
【００４４】
なお、マイクロレンズ１５０の形状は、六角形に限られるものではなく、例えば四角形、三角形等であってもよい。また、複数のマイクロレンズ１５０が規則正しく配列された構造を例示しているが、マイクロレンズ１５０の配列は、これに限られるものではなく、例えば、各マイクロレンズ１５０の中心を互いに偏心させ、不規則な配列としてもよい。このように偏心させた配列を採用する場合、各マイクロレンズ１５０は、互いに異なる形状となる。
【００４５】
また頂点の光軸方向の高さを変化させてもよい。配列方向の偏心や光軸方向のシフトをランダムに設定することで、隣接するマイクロレンズの境界を通過したレーザー光の干渉によって生じるスペックルや周期的な配列によるモアレなどを低減することができる。
【００４６】
スクリーン１５に到達したレーザー光は、マイクロレンズ１５０の中を走査され、走査中にレーザー光がオンオフされることにより複数ドットが打たれ、例えばオンオフ光の組み合わせによって階調表示が可能である。あるいは、レーザー光の強度自体を変調させて階調表示をおこなってもよい。
【００４７】
図６は、マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。図６（ａ）において、スクリーン１５は、マイクロレンズ１５０が整列して配置された光学板１５１によって構成される。光学板１５１上に入射光１５２を走査される場合、入射光１５２は、マイクロレンズ１５０により発散され、発散光１５３となる。スクリーン１５は、マイクロレンズ１５０の構造により、入射光１５２を所望の発散角１５４で発散させることができる。マイクロレンズ１５０の周期１５５は、入射光１５２の径１５６ａよりも大きくなるように設計される。これにより、スクリーン１５は、レンズ間での干渉が起こさずに、スペックル（スペックルノイズ）を生じさせない。
【００４８】
図６（ｂ）は、入射光１５２の径１５６ｂが、マイクロレンズ１５０の周期１５５の２倍大きい場合の発散光の光路を示す。入射光１５２は、二つのマイクロレンズ１５０ａ、１５０ｂに入射し、それぞれ発散光１５７、１５８を生じさせる。このとき、領域１５９において、二つの発散光が存在するため、光の干渉を生じうる。この干渉光が観察者の目に入った場合、スペックルとして視認される。
【００４９】
以上を考慮して、スペックルを低減するため、マイクロレンズ１５０の周期１５５は、入射光の径１５６よりも大きく設計される。なお、図６は、凸面レンズの形態で説明したが、凹面レンズの形態においても同様の効果があるものとする。
【００５０】
以上図５、図６を用いて説明したように画像形成部の一例であるスクリーン１５は、走査されたレーザー光を一定の角度で発散させる機能を有しており、この機能により観察者３がアイボックスの範囲で画像が認識できる、つまり観察者３が運転席に着座した状態である程度の目の位置が変わっても視認される範囲を持つことができる。
【００５１】
したがってマイクロレンズ１５０を搭載したスクリーン１５はマイクロレンズ１５０の形状については、光を適切に発散させるための一定の精度が求められる。さらに量産性に富むものが好ましい。そのためスクリーン１５は、一例として樹脂材料の成型加工により形成される。マイクロレンズ１５０に求められる光学的物性を満たす樹脂の具体例としては、メタアクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン樹脂などが挙げられるがこれらに限られない。
【００５２】
図７は、光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。光源装置１１の各光源素子は、制御装置１７のＦＰＧＡ１００１によって発光強度や点灯タイミング、光波形が制御される。光源装置１１の各光源素子は、ＬＤドライバ１００８によって駆動され、レーザー光を出射する。各光源素子から出射され光路合成されたレーザー光は、図７に示すように、光偏向装置１３のミラー１３０によってα軸周り、β軸周りに二次元的に偏向され、ミラー１３０を介して走査光としてスクリーン１５に照射される。すなわち、スクリーン１５は、光偏向装置１３による主走査および副走査によって二次元走査される。
【００５３】
なお、図１で説明したように、本実施形態では光偏向装置１３とスクリーン１５の間の光路上にミラー１４が設けられている。つまり光偏向装置１３からの走査光はミラー１４上を二次元走査し、ミラー１４からの反射光が走査光としてスクリーン１５上を二次元走査するが、図７においてはミラー１４を省略して説明している。
【００５４】
走査範囲は、光偏向装置１３によって走査しうる全範囲である。走査光は、スクリーン１５の走査範囲を、２〜４万Ｈｚ程度の速い周波数で主走査方向（Ｘ軸方向）に振動走査（往復走査）しつつ、副走査方向（Ｙ軸方向）に所定量片道走査する。副走査方向は数十Ｈｚ程度の、主走査方向と比較して遅い周波数の周期で走査する。すなわち、光偏向装置１３は、スクリーン１５に対してラスタースキャンを行う。この場合、表示装置１００は、走査位置（走査光の位置）に応じて各光源素子の発光制御を行うことで、画素ごとの描画または虚像の表示を行うことができる。
【００５５】
以上説明したように、スクリーン１５上には一度のラスタースキャンごと、つまり所定周期としての副走査周期ごとにスクリーン１５に二次元走査領域が形成される。なお、この一度のラスタースキャンで形成される画像を、走査フレームと呼ぶことがある。スクリーン１５に副走査周期ごとに二次元走査領域が形成されるための時間、すなわち１走査フレーム分の走査時間（二次元走査の１周期）は、上記のように副走査周期が数十Ｈｚであることから、数十ｍｓｅｃとなる。例えば、主走査周期を２００００Ｈｚ、副走査周期を５０Ｈｚとした場合、二次元走査の１周期分の１走査フレーム分の走査時間は、副走査周期から２０ｍｓｅｃとなる。
【００５６】
図８は、二次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。スクリーン１５は、図８に示すように、中間像が描画される（画像情報に応じて変調された光が照射される）表示画像領域１５Ｒ１と、非画像領域１５Ｒ２を含む。非画像領域１５Ｒ２は、表示画像領域１５Ｒ１を取り囲む形状の領域である。
【００５７】
走査領域１５Ｒ３は、スクリーン１５における表示画像領域１５Ｒ１と非画像領域１５Ｒ２を併せた範囲とする。図８において、走査範囲における走査の軌跡は、主走査方向の線状の走査の軌跡である主走査線が、副走査方向に複数並び、ジグザグ線を形成している。図８において、主走査線の本数は、説明の便宜上、実際よりも少ない本数を示している。なお、図８において走査軌跡は主走査線同士の端部が連続したジグザグ線であるが、これに限られない。すなわち、主走査線同士が並行で、各走査線の端部が連続していない走査線でもよい。また主走査線は図８に示されるような往復走査でもよいし、一方向への走査の繰り返しであってもよい。
【００５８】
さらに、スクリーン１５は、走査範囲における表示画像領域１５Ｒ１の周辺領域（非画像領域１５Ｒ２の一部）に、受光素子を含む領域である検知用画像領域Ｇを含む。図８において、検知用画像領域Ｇは、表示画像領域１５Ｒ１の−Ｘ側かつ＋Ｙ側の隅部に設定される。そしてこの検知用画像領域Ｇに入射する走査光を検知する位置に光検出センサ６０が配置されている。光検出センサ６０によって走査光が検知されると、光検出センサ６０によって受光信号がＦＰＧＡ１００１に出力される。光検出センサ６０はフォトダイオード等の受光素子を有し、例えばスクリーン１５の一部や、ユニット筐体１２の一部等に固定されて配置される。ＦＰＧＡ１００１は、信号を受信したタイミングによって光偏向装置１３の動作を検出し、その結果、走査開始タイミングや走査終了タイミングを決定できる。
【００５９】
以上説明したように走査範囲には、主走査方向の線状の走査の軌跡である主走査線が、副走査方向に複数並んだ走査線軌跡が形成されている。走査範囲全体のうち、表示画像領域１５Ｒ１内は、主走査方向の線状の走査の軌跡である主走査線が、副走査方向に複数並んだ走査線軌跡によってユーザに対して表示される画像である表示画像が形成される。表示画像は例えば、入力された動画を構成する静止画（フレーム）等である。以降走査フレームのうち、表示画像領域１５Ｒ１内を走査フレーム画像と呼ぶことがある。
【００６０】
走査フレーム、走査フレーム画像の形成される周期はいずれも副走査周期である。画像情報に基づき副走査周期ごとに順次走査フレーム画像が形成され、虚像４５が描画されることにより、順次表示される虚像４５の観察者３は、虚像４５を動画として視認することができる。
【００６１】
スクリーン１５は、上述のように、マイクロレンズアレイ等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子で構成されているがこれに限られない。つまり装置レイアウトに応じて、例えば、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の素子とすることもできる。また、スクリーン１５は、光拡散効果を持たない平板または曲板であってもよい。
【００６２】
以上、走査領域１５Ｒ３を、光偏向装置１３から出射された走査光がスクリーン１５を含む面上を走査した場合において説明したが、これに限られない。つまり、例えば光偏向装置１３とスクリーン１５との間の光路上のミラー１４が配置される場合、ミラー１４上にも走査領域１５Ｒ３は形成される。さらに他の反射ミラー等がある場合は他の反射ミラー上、また他の反射ミラーによって反射された走査光によって走査される面上にも走査領域１５Ｒ３は形成される。
【００６３】
また、走査領域１５Ｒ３のうち、少なくとも表示画像領域１５Ｒ１は最終的にスクリーン１５上に形成されるが、走査領域１５Ｒ３のすべてがスクリーン１５を含む面上に到達しなくてもよい。例えば検知用画像領域Ｇを、スクリーン１５を含む面上に到達前に設けられた光検出センサ６０に検出させるように設計してもよいし、スクリーン１５を含む面上に到達前に光路を変え、光路を変えた先に設けられた光検出センサ６０に検出させるように設計してもよい。
【００６４】
そしてスクリーン１５、表示画像領域１５Ｒ１の形状は図８に示されるものに限られない。表示画像領域１５Ｒ１は図８に示されるような平面の長方形である必要はなく、曲面であったり、スクリーン１５の長方形とは異なる矩形や多角形であったりしてもよい。
【００６５】
なお表示画像領域１５Ｒ１の形状は、一例としてユニット筐体１２のスクリーン１５を保持する部分の形状で定めることが可能である。つまり、ユニット筐体１２またはユニット筐体１２の一部であるスクリーン１５の保持部によって、非画像領域１５Ｒ２を覆うようにスクリーン１５が保持されれば、保持されている部分は光がユニット筐体１２で遮られて自由曲面ミラー３０に照射されないため、表示画像領域１５Ｒ１の中間像の発散光のみ自由曲面ミラー３０に照射される。このように表示画像領域１５Ｒ１の形状を規定することにより、所望の形状の虚像４５が形成される。
【００６６】
図９は、スクリーンの形状について説明するための説明図である。以下図９を用いてスクリーン１５の形状によって生じる、光偏向装置１３からスクリーン１５上の各到達位置までの距離の差が画像に与える影響について述べる。
【００６７】
図９（ａ）はスクリーン１５の形状を平面にした場合、図９（ｂ）はスクリーン１５の形状を湾曲、具体的には、ミラー１３０に対して凹面に湾曲させて場合である。
【００６８】
なお、図９（ａ）の平面形状の場合、光偏向装置１３からスクリーン１５上の各到達位置までの距離に差があることにより、中間像２５に歪みが生じる。また各到達位置間でビームスポット径にもばらつきが生じる。これらは、自由曲面ミラー３０やフロントガラス５０からなる観察光学系を介して虚像４５として結像された際に、画像の品質劣化の要因となる。光偏向装置１３と被走査面素子２２の間にこれらを補正する光学素子を配置しても良いが、ＨＵＤの大型化やコストアップにつながる。
【００６９】
それに対し図９（ｂ）のようにスクリーン１５の形状を湾曲させることで、上記距離の差を小さくすることができる。その結果平面の場合よりも中間像２５の歪みやビームスポット径ばらつきを小さくすることができる。従って、ＨＵＤの大型化やコストアップをすることなく、虚像４５における画像の品質を向上させることができる。
【００７０】
なお、図１で説明したように、本実施形態では光偏向装置１３とスクリーン１５の間の光路上にミラー１４が設けられている。つまり光偏向装置１３からの走査光はミラー１４上を二次元走査し、ミラー１４からの反射光が走査光としてスクリーン１５上を二次元走査するが、図７同様、図９においてもミラー１４を省略して説明している。
【００７１】
図１０を用いて、光検出センサ６０の構成について説明する。光検出センサ６０は、受光素子６１（光検知部の一例）と、信号線６２を有する。受光素子６１は、光信号を電気信号に変換する、一例としてフォトダイオードである。受光素子６１の受光面上をレーザー光が走査すると、パルス信号波形が取得できる。受光素子６１が照射光を検知する検知領域は、受光素子６１の領域と一致するが、受光素子６１の領域よりも小さくても良い。
【００７２】
図１０（ａ）は光検出センサ６０の構成を示す。光検出センサ６０は、受光素子６１と、信号線６２を有する。受光素子６１は、光信号を電気信号に変換する、一例としてフォトダイオードである。受光素子６１は光が当たる面が分割されており、分割受光面６１１と６１２を有する。分割受光面６１１は、分割受光面６１２よりも、主走査方向の幅が小さい。
そして信号線６２は、分割受光面６１１からの信号を出力する信号線６２１と、分割受光面６１２からの信号を出力する信号線６２２とを有する。
【００７３】
図１０（ｂ）は、分割受光面６１１から分割受光面６１２に向かう方向にレーザー光が走査された時の、信号出力を示したグラフである。走査方向に幅の狭い分割受光面６１１から、分割受光面６１２へ向かう方向にレーザー光が走査されたときのそれぞれの信号出力が示されている。図１０（ｂ）に示されるように、レーザー光の走査が行われると、各分割受光面を通過する時間に応じた幅のパルス信号が出力される。このように、パルス信号によって、受光面を光が通過したタイミングを検出できる。
【００７４】
図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）で示した二つの信号の交差タイミングに基づいて、図１０（ｃ）に示すような信号を出力することで、レーザー光がフォトダイオード上を走査したときの、パルス信号波形が取得できる。
【００７５】
一つのフォトダイオードに対して入射される光量が変わることにより、パルス信号の出力信号値の絶対値が変わると、同じタイミングで受光素子が走査されても、受光面を光が通過したタイミングがずれて検出されてしまう可能性がある。したがって、入射光量の変動が大きい場合などは、図１０（ｃ）のように二つの信号の交差タイミングを用いた方がより精度良く検出できる。
【００７６】
なお、ここでは、受光面が二分割された分割受光面を有する光検出センサについて述べたが、これに限定されず、例えば受光面が分割されていなくてもよい。その場合は図１０（ｂ）のように、出力信号値が所定の閾値を超えた時点を、受光面を光が通過したタイミングを検出できる。
【００７７】
以上説明した二次元走査装置を車両に搭載した場合の例について述べる。図１１は、表示装置をＨＵＤとして車両に搭載した際の表示例である。代表的な使用例は、観察者３の視界に自動車の速度や走行距離、行き先表示等のナビゲーション情報等を表示するといったものである。また近年では、運転上の安全面を高める目的で、ＨＵＤの画像表示を現実物体に重畳させること、すなわちＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  Ｒｅａｌｉｔｙ）重畳する使用例が求められてきている。
【００７８】
例えば、図１１に示すように、運転時に観察者３が認知すべき対象物である車両Ｄ１、境界線Ｄ２に対して、ＨＵＤにより強調表示等の表示ＡＲ１やＡＲ２をＡＲ重畳することで、観察者３の視覚的認知を誘導することができる。このようなＡＲ重畳表示を実現する場合など、今後より大きな画像サイズで正確な位置に画像表示がされることが望まれる。しかし、光偏向装置１３による二次元走査で画像形成を行う際、環境温度や経年変化によって画像サイズや、画像形成位置が変動してしまい、所望の画像が得られないという課題がある。
【００７９】
図１２は、ミラー１３０の駆動電圧に対する感度の経年特性の一例を示したものである。
【００８０】
ミラー１３０として一例としてＭＥＭＳミラーを用いた際には、ＭＥＭＳミラーを駆動する駆動電圧に対するミラー１３０の偏向角度（ＭＥＭＳミラーの駆動電圧に対する偏向角感度）は環境温度や経年変化により変化する。
【００８１】
つまり図１２（ａ）に示されるように、ＭＥＭＳミラーに駆動する駆動電圧が一定の場合、初期状態ｔ１に対し、経年時ｔ２でミラー１３０の偏向角感度が下がる。その結果、図１２（ｂ）に示されるように、初期状態ｔ１の虚像４５の大きさｗ１よりも、経年時ｔ２の虚像４５の大きさｗ２が小さくなってしまう。ここでは、副走査方向の画像サイズが変動する例を示したが、副走査方向に限らず主走査方向にも画像サイズの変動は生じる。
【００８２】
また、環境温度や経年変化により光偏向装置１３や光源装置１１の内の各光源の固定状態が二次元走査面内上で変動する場合、スクリーン１５上において形成される中間像２５の画像形成位置が変動し、最終的に観察者３が目視する虚像４５の画像形成位置が変動してしまう。また、赤、青、緑の各色の画像形成位置がそれぞれ独立に変動する場合は、各色で描画される画像が空間的にずれるため、色づいた画像が視認されることになる。
【００８３】
図１３は、第１の実施形態に係る補正処理の構成図である。表示画像領域１５Ｒ１、非画像領域１５Ｒ５１、１５Ｒ５２、二次元走査領域１５Ｒ３、スクリーン１５の光学的な有効領域１５Ｒ４、受光素子６１Ａ，６１Ｂ（第１、第２の光検知部の一例）、第一の検知用画像領域Ｇ１及び第二の検知用画像領域Ｇ２を表したものである。Ｌ１は、光偏向装置１３による二次元走査のスクリーン１５上における主走査振幅中心、Ｌ２は、光偏向装置１３による二次元走査のスクリーン１５上における副走査振幅中心である。受光素子６１Ａ，６１Ｂが照射光を検知する第１、第２の検知領域は、受光素子６１Ａ，６１Ｂそれぞれの領域と一致するが、受光素子６１Ａ，６１Ｂそれぞれの領域よりも小さくても良い。
【００８４】
図１３に示すように、表示画像領域１５Ｒ１の外側にまで二次元走査領域１５Ｒ３を広げ、その表示画像領域１５Ｒ１の外側の走査領域である非画像領域１５Ｒ５１および１５Ｒ５２に受光素子６１Ａおよび６１Ｂを配置する。受光素子６１Ａおよび６１Ｂは、主走査方向において互いに離れて配置される。
【００８５】
非画像領域１５Ｒ５１および１５Ｒ５２は、表示画像領域１５Ｒ１と重なり合っていないが、主走査方向および副走査方向において表示画像領域１５Ｒ１と重なるように配置される。これにより、表示画像領域１５Ｒ１を可及的に大きくすることができる。
【００８６】
また、受光素子６１Ａ、６１Ｂの副走査方向両端部のうち、下端部を含む所定領域でレーザー光の点灯がされる第一の検知用画像領域Ｇ１及び第二の検知用画像領域Ｇ２を設ける。
【００８７】
受光素子６１Ａと６１Ｂは副走査方向において同じ位置に配置されており、検知用画像領域Ｇ１とＧ２も副走査方向において同じ位置に配置されている。
【００８８】
また検知用画像領域Ｇ１、Ｇ２はそれぞれ、主走査方向の幅が受光素子６１Ａおよび６１Ｂの主走査方向の幅よりも大きく、検知用画像領域Ｇ内を走査するレーザー光が受光素子６１の受光面を主走査方向に通過することにより、受光素子６１は走査光の走査タイミングを検知できる。なお、検知用画像領域Ｇ１は第一の照射領域の一例であり、検知用画像領域Ｇ２は第二の照射領域の一例である。
【００８９】
受光素子６１上でレーザー光の点灯が行われるため、受光素子６１から走査状態に関わる受光信号を取得することができる。この走査状態に関わる信号を用いて、光偏向装置１３の駆動や光源部の発光タイミングを制御することで、画像形成位置、画像サイズの調整を行う。走査状態に関わる信号とは、一例として、受光素子６１を通過する時間間隔や受光素子６１を通過した走査線の本数などである。
【００９０】
このとき、第一の検知用画像領域Ｇ１及び第二の検知用画像領域Ｇ２での光が表示画像領域１５Ｒ１に漏れないように、表示画像領域１５Ｒ１は一定間隔離れていることが望ましく、また、表示画像領域１５Ｒ１は、スクリーン１５の光学的な有効領域１５Ｒ４以下の大きさであることが望ましい。なお、第一の検知用画像領域Ｇ１と第二の検知用画像領域Ｇ２とを区別する必要がないときは、検知用画像領域Ｇと呼ぶことがある。
【００９１】
なお検知用画像領域Ｇに形成される検知用画像は、制御したい内容に応じて変えてもよい。また所定の走査フレーム間隔で形成してもよいし、特定の条件の満たす場合に形成してもよい。また、全光源を点灯させた画像でもよいし、特定の光源を点灯させた画像でもよく、走査フレーム毎に点灯させる光源を変えることもできる。
【００９２】
図１４、図１５は、スクリーンホルダの一例である。図１４はユニット筐体１２の一部としてのホルダ１２１の平面図、図１５は図１４の反対側から見た斜視図である。
【００９３】
図１４に示されるように、ホルダ１２１は、点線で示されるスクリーン１５を保持するホルダである。光検出センサ６０Ａ，６０Ｂはホルダの一部に設けられている。光検出センサ６０Ａ，６０Ｂは、受光素子６１Ａ，６１Ｂを有しており、受光素子６１Ａ，６１Ｂはそれぞれ、検知用画像Ｇ１，Ｇ２が受光される位置に設けられている。そして図１５の紙面奥側から手前側に向かって走査光が開口部１２２を通って出射される。このように、一例として開口部１２２の形状により表示画像領域１５Ｒ１の形状が決定可能である。
【００９４】
図１６（ａ）は、受光素子６１上でラスタースキャンが行われている様子を示している。図１６（ｂ）は、二次元走査を行っているときの、副走査方向の走査位置の時間的な変化を示したものである。図１６（ｃ）は、第二の検知用画像領域Ｇ２により、受光素子６１から得られる受光信号を示したものである。
【００９５】
図１６（ａ）に示されるように受光素子６１上でラスタースキャンが行われており、受光素子６１を走査光が通過するたびに、図１６（ｃ）のように受光信号を得られる。このため、検知用画像領域Ｇをスキャンする時間の間に得られた受光信号の回数をカウントすることにより、受光素子６１を通過する走査線の本数をカウントすることができる。副走査方向の画像調整は、第一の検知用画像領域Ｇ１，Ｇ２それぞれの点灯領域での点灯により検出される走査線受光本数に基づき行われる。
【００９６】
また、ここでは詳細は説明しないが、受光素子６１をレーザー光が通過する時間タイミングを検出できることから、主走査方向の画像サイズや画像位置の制御、主走査方向の駆動に関わる二次元偏向素子の駆動パラメータの制御を行うこともできる。
【００９７】
図１７は、第１の実施形態に係る機能ブロック図である。制御部としての制御装置１７は、画像調整部１７１、外部画像入力部１７２、画像処理部１７３、検知用画像生成部１７４を有する。制御装置１７の各機能構成は、図２に示したＣＰＵ１００２、ＲＯＭ１００３、ＦＰＧＡ１００１、ＬＤドライバ１００８、ＭＥＭＳコントローラ１０１０およびモータドライバ１０１２の処理、並びにＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。
【００９８】
画像調整部１７１は、受光素子６１から出力される受光信号に基づき、初期状態からの画像形成位置の変動や、画像サイズの変動を演算する。
【００９９】
調整信号生成部１７１１は、画像形成位置に所定以上の変動が確認された場合は、光源装置１１の発光タイミングを調整することで画像形成位置を調整するため、調整信号を光源装置制御部１７１２へ出力する。
【０１００】
また、調整信号生成部１７１１は、画像サイズに所定以上の変動が確認された場合は、偏向装置１３の偏向角を調整することで画像サイズを調整するため、調整信号を光偏向装置制御部１７１３へ出力する。
【０１０１】
光源装置制御部１７１２は、駆動信号により光源装置１１を駆動制御する。光偏向装置制御部１７１３は、駆動信号により光偏向装置１３を周期的に駆動制御する。
【０１０２】
外部画像入力部１７２は、画像形成用の画像データを画像処理部１７３に出力する。なお画像入力部１７２は、ユーザに呈示すべき画像である表示画像を形成するための画像データを画像処理部１７３に入力するが、ユーザに呈示すべき画像の例としては、表示装置１００を自動車のＨＵＤに搭載した場合、自動車の情報（速度、走行距離等の情報）や、外部ネットワークから自動車外部の情報（ＧＰＳからの位置情報、ナビゲーションシステムからの経路情報または交通情報等）があるがこれに限られず、テレビ放送やインターネット、または記録メディアから読出した画像再生信号に基づく画像等でもよい。
【０１０３】
画像処理部１７３は、これらの画像データに基づいて光源装置１１の発光タイミング、発光強度（発光パワー）等の駆動データを生成する。生成された駆動データは、光源装置制御部１７１２に入力される。なお画像処理部１７３は、ユーザに呈示すべき画像を形成するための画像データに基づき、一例としてレーザーの発光タイミング、発光強度（発光パワー）等、光源装置１１の駆動データを生成する。生成された駆動データは、光源装置制御部１７１２に出力される。
【０１０４】
画像処理部１７３は、一例として画像入力部１７２から入力された画像データが動画の場合は、動画を構成する各フレーム、つまり動画に含まれる一画面分の各画像、に基づき走査フレーム画像を形成して順次虚像４５を表示するよう、駆動データを生成する。例えば、動画の１フレームを、連続する２周期分の走査フレーム画像を使って表示させる等してもよい。
【０１０５】
光源装置制御部１７１２はその駆動データと調整信号生成部１７１１からの調整信号に基づいて、光源装置１１を発光制御（点灯制御）する。
【０１０６】
検知用画像生成部１７４は、受光素子６１に受光させるために形成する検知用画像の画像データを画像処理部１７３に出力する。
【０１０７】
図１８は、画像位置調整処理および画像サイズ調整処理を説明するフローチャートである。
【０１０８】
表示装置１０の電源をＯＮすると、制御部１７は、起動動作モードに入り、製品出荷前などにあらかじめ取得されていた初期値に対する画像位置ずれ量の検出を行う（Ｓ１０１）。起動動作モードとは、通常動作モードの前に行われる処理である。通常動作モードでは、所定のフレーム間隔毎に表示画像領域１５Ｒ１内で画像情報に基づき光源装置１１を点灯させてスクリーン１５に画像を形成するが、起動動作モードでは、画像情報に基づき光源装置１１を点灯させてスクリーン１５に画像を形成しない。
【０１０９】
制御部１７は、ステップＳ１０１で検出した画像位置ずれ量が一定以上か判断し（Ｓ１０２）、一定以上の場合は画像位置の調整を行う（Ｓ１０３）。
【０１１０】
一方、制御部１７は、ステップＳ１０２において一定以上ではない場合は、画像位置の調整が不要と判断し、通常動作モードに進む。通常動作モードでは、自動車の速度や走行距離、行き先表示等のナビゲーション情報が表示されており、通常動作時の制御はこれらと並行して所定のフレーム間隔毎に行われ、表示装置１０の使用終了まで繰り返し行われる。通常動作モードでは、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理は行わない。
【０１１１】
制御部１７は、通常動作モードにおいて、製品出荷前などにあらかじめ取得されていた初期値に対する画像サイズ変動量の検出を行う（Ｓ１０４）。具体的には、第一の点灯領域で生じる受光本数増減量ΔＮＡ、または、第二の点灯領域で生じる受光本数増減量ΔＮＢ、もしくは、これらの和ΔＮＡ＋ΔＮＢの値を検出する。
【０１１２】
制御部１７は、ステップＳ１０４で検出した画像サイズ変動量が一定以上か判断し（Ｓ１０５）、一定以上の場合は光偏向装置１３のミラー１３０の駆動電圧を調整して画像サイズの調整を行う（Ｓ１０６）。
【０１１３】
画像サイズの調整は、前記検出値を一定に保つように調整制御を行うことで、画像サイズの初期状態からの変動を抑制することができる。画像サイズの制御は、ミラー１３０に印加する駆動電圧を調整することで制御することができる。図１３に示したような、検知用画像領域Ｇ１、Ｇ２の配置にすることで、受光素子の位置条件によらず、投影画像のサイズを高精度に制御することができる。
【０１１４】
一方、制御部１７は、ステップＳ１０５において一定以上ではない場合は、画像サイズの調整が不要と判断し、次の処理に進む。
【０１１５】
制御部１７は、表示装置１０の使用中か確認し（Ｓ１０７）、使用終了している場合は処理を終了し、使用継続している場合は、ステップＳ１０４に戻って所定のフレーム間隔毎に処理を継続する。
【０１１６】
本実施形態では、画像位置ずれを起動時に検出補正しているため、通常動作時は画像サイズ制御を優先させておけばよい。従来の制御では、画像位置変動に起因するものを排除するための処理をしていたが、その必要がない。そのため、従来のものより画像サイズ検出分解能がより高くなり、高精度な検出が可能となる。
【０１１７】
また、通常動作モードで画像サイズの制御を行い、起動動作モードなどの通常動作モードとは別のタイミングで画像位置の制御を行うことで、受光素子の位置条件によらず、投影画像のサイズや位置を高精度に制御することが可能になる。
【０１１８】
画像位置の制御は、終了動作モードで行われてもよい。終了動作モードは、通常動作モードの後に行われる処理であり、画像情報に基づき光源装置１１を点灯させてスクリーン１５に画像を形成しない。
【０１１９】
図１９は、初期値の検出方法を示す図であり、図１８のステップＳ１０１に対応する。
【０１２０】
図１９（ａ）に示すように、制御部１７は、まず、光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向（図中Ｙ方向）の振幅を副走査振幅中心Ｌ２近傍のみにして光源装置１１を点灯させる。制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる検知用画像領域Ｇ（照射領域）は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０１２１】
この場合、走査領域１５Ｒ３は副走査方向において十分小さいので、受光素子６１（検知領域）とは重ならない。
【０１２２】
図１９（ｂ）に示すように、制御部１７は、光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向の振幅を大きくして光源装置１１を点灯させる。制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる検知用画像領域Ｇ（照射領域）は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０１２３】
図１９（ｂ）に示す状態では、副走査方向の走査角度Θｌで、走査領域１５Ｒ３は、受光素子６１（検知領域）の副走査方向における下端６１ｌ（第１の検知位置の一例）に達して重なっており、制御部１７は、このときの光偏向装置１３のミラー１３０の駆動電圧ＧｌをＲＯＭ１００３等に記憶させる。
【０１２４】
図１９（ｃ）に示すように、制御部１７は、光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向の振幅をさらに大きくして光源装置１１を点灯させる。制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる検知用画像領域Ｇ（照射領域）は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０１２５】
図１９（ｃ）に示す状態では、副走査方向の走査角度Θｕで、走査領域１５Ｒ３は、受光素子６１（検知領域）の副走査方向における上端６１ｕ（第２の検知位置の一例）に達して重なっており、制御部１７は、このときのミラー１３０の駆動電圧ＧｕをＲＯＭ１００３等に記憶させる。
【０１２６】
以上において、制御部１７は、図１９（ａ）に示す状態から図１９（ｂ）および図１９（ｃ）に示す状態に達するまでに、走査領域１５Ｒ３を複数回に分けて移動させてもよく、掃引移動させても良い。
【０１２７】
なお、制御部１７は、図１９（ａ）、図１９（ｂ）、および図１９（ｃ）の処理を必ずしもこの順番で行う必要はなく、図１９（ａ）、図１９（ｂ）、および図１９（ｃ）の処理を順不同で含んでいれば良い。また、図１９（ａ）、図１９（ｂ）、および図１９（ｃ）以外の処理を含んでいてもよい。
【０１２８】
図２０は、位置ずれ量の検出方法を示す図であり、図１８のステップＳ１０１に対応する。
【０１２９】
図２０（ａ）に示すように、制御部１７は、まず、光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向の振幅を副走査振幅中心Ｌ２近傍のみにして光源装置１１を点灯させる。
【０１３０】
このとき、副走査方向に位置ずれΔＹが生じているので、副走査振幅中心Ｌ２は、初期状態の副走査振幅中心Ｌ２０に対して、ΔＹだけずれている。
【０１３１】
制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる検知用画像領域Ｇ（照射領域）は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０１３２】
この場合、走査領域１５Ｒ３は副走査方向において十分小さいので、受光素子６１（検知領域）とは重ならない。
【０１３３】
図２０（ｂ）に示すように、制御部１７は、光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向の振幅を大きくして光源装置１１を点灯させる。制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる検知用画像領域Ｇ（照射領域）は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０１３４】
図２０（ｂ）に示す状態では、副走査方向の走査角度Θｌで、走査領域１５Ｒ３は、受光素子６１（検知領域）の副走査方向における下端６１ｌ（第１の検知位置の一例）に達して重なっており、制御部１７は、このときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｌ’をＲＯＭ１００３等に記憶させる。
【０１３５】
図２０（ｃ）に示すように、制御部１７は、光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向の振幅をさらに大きくして光源装置１１を点灯させる。制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる検知用画像領域Ｇ（照射領域）は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０１３６】
図２０（ｃ）に示す状態では、副走査方向の走査角度Θｕで、走査領域１５Ｒ３は、受光素子６１（検知領域）の副走査方向における上端６１ｕ（第２の検知位置の一例）に達して重なっており、制御部１７は、このときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｕ’をＲＯＭ１００３等に記憶させる。
【０１３７】
以上において、制御部１７は、図２０（ａ）に示す状態から図２０（ｂ）および図２０（ｃ）に示す状態に達するまでに、走査領域１５Ｒ３を複数回に分けて移動させてもよく、掃引移動させても良い。
【０１３８】
なお、制御部１７は、図２０（ａ）、図２０（ｂ）、および図２０（ｃ）の処理を必ずしもこの順番で行う必要はなく、図１８のステップS１０１中に、図２０（ａ）、図２０（ｂ）、および図２０（ｃ）の処理を順不同で含んでいれば良い。また、図１８のステップS１０１中に、図２０（ａ）、図２０（ｂ）、および図２０（ｃ）以外の処理を含んでいてもよい。
【０１３９】
図２１は、受光素子６１による照射光の検知信号を示した図である。
【０１４０】
図２１（ａ）は、図１９（ａ）および図２０（ａ）の状態に対応しており、走査線６３０の副走査方向における振幅が十分に小さく、受光素子６１で照射光を受光できない状態である。そのため、受光素子６１は検知信号を出力しない。
【０１４１】
図２１（ｂ）は、図１９（ｂ）および図２０（ｂ）の状態に対応しており、走査線６３０の副走査方向における振幅が大きくなり、受光素子６１（検知領域）の副走査方向における下端６１ｌで照射光を受光した状態である。この場合、受光素子６１は走査線６３０の１本分の検知信号を出力する。制御部１７は、この走査線６３０の１本分の検知信号を取得することにより、走査領域１５Ｒ３が受光素子６１の下端６１ｌに達したことを判別できる。
【０１４２】
図２１（ｃ）は、図１９（ｃ）および図２０（ｃ）の状態に対応しており、走査線６３０の副走査方向における振幅がさらに大きくなり、受光素子６１（検知領域）の副走査方向における上端６１ｕで照射光を受光した状態である。この場合、受光素子６１は、受光素子６１は全体を走査する走査線６３０の数の分の検知信号を出力する。走査線６３０は、副走査方向に往復走査されているため、往路で受光された検知信号Ｆと復路で受光された検知信号Ｂが時系列で並んでいる。
【０１４３】
図２１（ｄ）は、走査線６３０の副走査方向における振幅がさらに大きくなり、受光素子６１（検知領域）の副走査方向における上端６１ｕより上部まで照射光が達した状態である。図２１（ｃ）と比べて、上端６１ｕより上部まで照射光が達している分、往路で受光された検知信号Ｆと復路で受光された検知信号Ｂの間に検知信号が無い時間が生じている。制御部１７は、図２１（ｃ）の状態と図２１（ｄ）の状態の差や、検知信号が無い時間に基づき、走査領域１５Ｒ３が受光素子６１の上端６１ｕに達したことを判別できる。
【０１４４】
なお、以上では、受光素子６１が出力する走査線６３０の本数に基づき、受光素子６１の下端６１ｌおよび上端６１ｕを判別する方法を説明したが、所定の時間で積分された検知信号の強度から判別してもよい。この場合、受光素子６１を走査している時間が長いほど検知信号の強度は大きくなるため、検知信号の強度出力されはじめたときに受光素子６１の下端６１ｌと判別し、検知信号の強度が一定値に飽和し、それ以上の増加が生じなくなったときが受光素子６１の上端６１ｕと判別する。
【０１４５】
図２２は、副走査方向における走査角度と駆動電圧の関係を示す図である。
【０１４６】
図中、近似線Ａは図１９（ａ）〜（ｃ）に示した初期状態における走査角度と駆動電圧の関係を示し、近似線Ｂは図２０（ａ）〜（ｃ）に示した副走査方向の位置ずれΔＹが生じている状態における走査角度と駆動電圧の関係を示す。
【０１４７】
近似線Ａでは、図１９（ａ）〜（ｃ）に示したように、副走査方向の走査角度Θｌのときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｌと、副走査方向の走査角度Θｕのときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｕがプロットされており、近似線Ｂでは、図２０（ａ）〜（ｃ）に示したように、副走査方向の走査角度Θｌのときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｌ’と、副走査方向の走査角度Θｕのときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｕ’がプロットされている。
【０１４８】
そして、近似線Ａと近似線Ｂの副走査方向の位置ずれΔＹに起因して、表示画像領域１５Ｒ１内で画像情報に基づき光源装置１１を点灯させてスクリーン１５に形成される画像が、副走査方向に位置ずれする。
【０１４９】
副走査方向の位置ずれΔＹは以下式で計算できる。
【０１５０】
θｌ＝ａ×Ｇｌ’＋ΔＹ
θｕ＝ａ×Ｇｕ’＋ΔＹ
これより、
ΔＹ＝（Ｇｌ’×θｕ−Ｇｕ’×θｌ）／（Ｇｌ’−Ｇｕ’）
以上の通り、本実施形態では、走査線６３０の副走査方向における振幅を変化させて検知領域と重ならない位置と検知領域と重なる位置との間で照射領域を移動させることにより、環境変化や経時等による画像の位置ずれΔＹを精度良く検出することができる。
【０１５１】
なお、近似線Ａと近似線Ｂの傾き、及び、上記式のａは、ミラー１３０の駆動電圧に対する走査角度の感度を意味している。
【０１５２】
本実施形態では、制御部１７は、表示画像領域１５Ｒ１内で画像情報に基づき光源装置１１を点灯させてスクリーン１５に形成される画像を、検出した副走査方向の位置ずれΔＹの逆方向にΔＹずらして形成する。これにより、画像の位置ずれΔＹを精度良く補正することができる。
【０１５３】
なお、上記では、検知位置を受光素子６１の下端６１ｌ及び上端６１ｕとしたが、検知位置は、例えば受光素子６１を一部遮光した遮光部の端部でもよく、必ずしも受光素子端部６１に限定されるものではない。
【０１５４】
本実施形態では、検知位置を受光素子６１の下端６１ｌ及び上端６１ｕの２箇所設けることにより、初期状態と副走査方向の位置ずれ状態の間で、ミラー１３０の駆動電圧に対する走査角度の感度の変化が大きい場合でも、位置ずれΔＹを精度良く検出して精度良く補正することができる。
【０１５５】
なお、ミラー１３０の駆動電圧に対する走査角度の感度の変化が十分小さい場合は、検知位置を受光素子６１の下端６１ｌまたは上端６１ｕの１箇所のみとしてもよい。
【０１５６】
図２３は、図１３に示した構成図の変形例である。
【０１５７】
図２３に示す変形例では、受光素子６１Ａおよび６１Ｂは、図１３と同様に主走査方向において互いに離れて配置されているが、図１３とは異なり、副走査方向（図中Ｙ方向）においてずらして配置される。
【０１５８】
具体的には、受光素子６１Ａの上端は、受光素子６１Ｂの上端より図中上方に位置する。受光素子６１Ｂの上端は、受光素子６１Ａの下端より図中上方に位置する。受光素子６１Ａの下端は、受光素子６１Ｂの下端より図中上方に位置する。
【０１５９】
図２４は、図２３に示した変形例における走査角度と駆動電圧の関係を示す図である。
【０１６０】
近似線Ａは初期状態における走査角度と駆動電圧の関係を示し、近似線Ｂは副走査方向の位置ずれΔＹが生じている状態における走査角度と駆動電圧の関係を示す。
【０１６１】
Θｌ１は、走査領域１５Ｒ３が受光素子６１Ｂの副走査方向における下端に達して重なったときの走査角度であり、Θｌ２は、走査領域１５Ｒ３が受光素子６１Ａの副走査方向における下端に達して重なったときの走査角度であり、Θｕ１は、走査領域１５Ｒ３が受光素子６１Ｂの副走査方向における上端に達して重なったときの走査角度であり、Θｕ２は、走査領域１５Ｒ３が受光素子６１Ａの副走査方向における上端に達して重なったときの走査角度である。
【０１６２】
近似線Ａには、走査角度Θｌ１のときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｌ１、走査角度Θｌ２のときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｌ２、走査角度Θｕ１のときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｕ１、および走査角度Θｕ２のときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｕ２がプロットされている。
【０１６３】
近似線Ｂには、走査角度Θｌ１のときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｌ１’、走査角度Θｌ２のときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｌ２’、走査角度Θｕ１のときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｕ１’、および走査角度Θｕ２のときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｕ２’がプロットされている。
【０１６４】
本変形例では、検知位置を受光素子６１Ａの下端と上端、受光素子６１Ｂの下端と上端の４箇所用いているため、４箇所の検知データをもとに線形近似などを活用することで、例えば１箇所のデータが誤差を含んでいたとしても他の３箇所のデータでカバーすることができて、画像位置ずれの検知をより高精度に行うことができる。
【０１６５】
図２５は、図１９に示した初期値の検出方法の変形例を示す図である。
【０１６６】
図１９（ａ）〜（ｃ）に示した初期値の検出方法では、光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向（図中Ｙ方向）における振幅を変化させていたが、図２５（ａ）〜（ｃ）に示す変形例では、光偏向装置１３のミラー１３０の反射面の傾きを変化させている。
【０１６７】
図２５（ａ）に示すように、制御部１７は、まず、ミラー１３０の反射面の法線方向が水平方向（図中Ｚ方向）になるようにミラー１３０の反射面の傾きを初期設定する。その状態で制御部１７は、光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向（図中Ｙ方向）の振幅を副走査振幅中心Ｌ２近傍のみにして光源装置１１を点灯させる。副走査方向の振幅は０にする。制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる照射領域は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０１６８】
この場合、走査領域１５Ｒ３は副走査方向において十分小さいので、受光素子６１（検知領域）とは重ならない。
【０１６９】
図２５（ｂ）に示すように、制御部１７は、走査線６３０の副走査方向における振幅を大きくすることなく、ミラー１３０の反射面を上向き（図中Ｙ方向）に傾かせて光源装置１１を点灯させる。制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる照射領域は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０１７０】
図２５（ｂ）に示す状態では、副走査方向の走査角度Θｌで、走査領域１５Ｒ３は、受光素子６１（検知領域）の副走査方向における下端６１ｌ（第１の検知位置の一例）に達して重なっており、制御部１７は、このときの光偏向装置１３のミラー１３０の駆動電圧ＧｌをＲＯＭ１００３等に記憶させる。
【０１７１】
図２５（ｃ）に示すように、制御部１７は、走査線６３０の副走査方向における振幅を大きくすることなく、ミラー１３０の反射面をさらに上向きに傾かせて光源装置１１を点灯させる。制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる照射領域は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０１７２】
図２５（ｃ）に示す状態では、副走査方向の走査角度Θｕで、走査領域１５Ｒ３は、受光素子６１（検知領域）の副走査方向における上端６１ｕ（第２の検知位置の一例に達して重なっており、制御部１７は、このときのミラー１３０の駆動電圧ＧｕをＲＯＭ１００３等に記憶させる。
【０１７３】
以上において、制御部１７は、図２５（ａ）に示す状態から図２５（ｂ）および図２５（ｃ）に示す状態に達するまでに、走査領域１５Ｒ３を複数回に分けて移動させてもよく、掃引移動させても良い。
【０１７４】
なお、制御部１７は、図２５（ａ）、図２５（ｂ）、および図２５（ｃ）の処理を必ずしもこの順番で行う必要はなく、図２５（ａ）、図２５（ｂ）、および図２５（ｃ）の処理を順不同で含んでいれば良い。また、図２５（ａ）、図２５（ｂ）、および図２５（ｃ）以外の処理を含んでいてもよい。
【０１７５】
図２６は、図２０に示した位置ずれ量の検出方法の変形例を示す図である。
【０１７６】
図２０（ａ）〜（ｃ）に示した位置ずれ量の検出方法では、光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向（図中Ｙ方向）における振幅を変化させていたが、図２６（ａ）〜（ｃ）に示す変形例では、光偏向装置１３のミラー１３０の反射面の傾きを変化させている。
【０１７７】
図２６（ａ）に示すように、制御部１７は、まず、ミラー１３０の反射面の法線方向が水平方向（図中Ｚ方向）になるようにミラー１３０の反射面の傾きを初期設定する。その状態で制御部１７は、光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向の振幅を副走査振幅中心Ｌ２近傍のみにして光源装置１１を点灯させる。
【０１７８】
このとき、副走査方向に位置ずれΔＹが生じているので、副走査振幅中心Ｌ２は、初期状態の副走査振幅中心Ｌ２０に対して、ΔＹだけずれている。
【０１７９】
制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる照射領域は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０１８０】
この場合、走査領域１５Ｒ３は副走査方向において十分小さいので、受光素子６１（検知領域）とは重ならない。
【０１８１】
図２６（ｂ）に示すように、制御部１７は、走査線６３０の副走査方向における振幅を大きくすることなく、ミラー１３０の反射面を上向き（図中Ｙ方向）に傾かせて光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向の振幅を大きくして光源装置１１を点灯させる。制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる照射領域は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０１８２】
図２６（ｂ）に示す状態では、副走査方向の走査角度Θｌで、走査領域１５Ｒ３は、受光素子６１（検知領域）の副走査方向における下端６１ｌ（第１の検知位置の一例）に達して重なっており、制御部１７は、このときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｌ’をＲＯＭ１００３等に記憶させる。
【０１８３】
図２６（ｃ）に示すように、制御部１７は、走査線６３０の副走査方向における振幅を大きくすることなく、ミラー１３０の反射面をさらに上向きに傾かせて光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向の振幅をさらに大きくして光源装置１１を点灯させる。制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる照射領域は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０１８４】
図２６（ｃ）に示す状態では、副走査方向の走査角度Θｕで、走査領域１５Ｒ３は、受光素子６１（検知領域）の副走査方向における上端６１ｕ（第２の検知位置の一例）に達して重なっており、制御部１７は、このときのミラー１３０の駆動電圧Ｇｕ’をＲＯＭ１００３等に記憶させる。
【０１８５】
以上において、制御部１７は、図２６（ａ）に示す状態から図２６（ｂ）および図２６（ｃ）に示す状態に達するまでに、走査領域１５Ｒ３を複数回に分けて移動させてもよく、掃引移動させても良い。
【０１８６】
なお、制御部１７は、図２５（ａ）、図２５（ｂ）、および図２５（ｃ）の処理を必ずしもこの順番で行う必要はなく、図２５（ａ）、図２５（ｂ）、および図２５（ｃ）の処理を順不同で含んでいれば良い。また、図２５（ａ）、図２５（ｂ）、および図２５（ｃ）以外の処理を含んでいてもよい。
【０１８７】
本変形例では、光偏向装置１３のミラー１３０の反射面の傾きを変化させて検知領域と重ならない位置と検知領域と重なる位置との間で照射領域を移動させることにより、環境変化や経時等による画像の位置ずれΔＹを精度良く検出することができる。
【０１８８】
図２７は、図１９に示した初期値の検出方法の第２の変形例を示す図である。
【０１８９】
図１９（ａ）〜（ｃ）に示した初期値の検出方法では、光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向（図中Ｙ方向）における振幅を変化させ、図２５（ａ）〜（ｃ）に示した変形例では、光偏向装置１３のミラー１３０の反射面の傾きを変化させていたが、図２７（ａ）〜（ｃ）に示す変形例では、走査線６３０に対して特別な制御をすることなく、光源装置１１を点灯させる照射領域の位置を変化させる。
【０１９０】
制御部１７は、光偏向装置１３のミラー１３０の位置をメカニカルに制御することで、照射領域の位置を変化させるが、光源装置１１の位置や、コリメータレンズ１１２の位置のような光学部品の位置をメカニカルに制御することで、照射領域の位置を変化させてもよい。
【０１９１】
図２７（ａ）に示すように、制御部１７は、まず、ミラー１３０の反射面の法線方向が水平方向（図中Ｚ方向）になるようにミラー１３０の反射面の傾きを初期設定する。その状態で制御部１７は、光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向（図中Ｙ方向）の振幅を副走査振幅中心Ｌ２近傍のみにして光源装置１１を点灯させる。副走査方向の振幅は０にする。制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる照射領域は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０１９２】
この場合、走査領域１５Ｒ３は副走査方向において十分小さいので、受光素子６１（検知領域）とは重ならない。
【０１９３】
図２７（ｂ）に示すように、制御部１７は、走査線６３０の副走査方向における振幅、およびミラー１３０の反射面の傾きを変化させることなく、光偏向装置１３のミラー１３０の位置を副走査方向における上方（図中Ｙ方向）に移動させて光源装置１１を点灯させる。制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる照射領域は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０１９４】
図２７（ｂ）に示す状態では、副走査方向の位置Ｙｌで、走査領域１５Ｒ３は、受光素子６１（検知領域）の副走査方向における下端６１ｌ（第１の検知位置の一例）に達して重なっており、制御部１７は、このときの光偏向装置１３のミラー１３０の移動量ＧｌをＲＯＭ１００３等に記憶させる。
【０１９５】
図２７（ｃ）に示すように、制御部１７は、走査線６３０の副走査方向における振幅、およびミラー１３０の反射面の傾きを変化させることなく、光偏向装置１３のミラー１３０の位置を副走査方向における上方にさらに移動させて光源装置１１を点灯させる。制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる照射領域は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０１９６】
図２７（ｃ）に示す状態では、副走査方向の位置Ｙｕで、走査領域１５Ｒ３は、受光素子６１（検知領域）の副走査方向における上端６１ｕ（第２の検知位置の一例）に達して重なっており、制御部１７は、このときのミラー１３０の移動量ＧｕをＲＯＭ１００３等に記憶させる。
【０１９７】
以上において、制御部１７は、図２７（ａ）に示す状態から図２７（ｂ）および図２７（ｃ）に示す状態に達するまでに、走査領域１５Ｒ３を複数回に分けて移動させてもよく、掃引移動させても良い。
【０１９８】
なお、制御部１７は、図２７（ａ）、図２７（ｂ）、および図２７（ｃ）の処理を必ずしもこの順番で行う必要はなく、図２７（ａ）、図２７（ｂ）、および図２７（ｃ）の処理を順不同で含んでいれば良い。また、図２７（ａ）、図２７（ｂ）、および図２７（ｃ）以外の処理を含んでいてもよい。
【０１９９】
図２８は、図２０に示した位置ずれ量の検出方法の第２の変形例を示す図である。
【０２００】
図２０（ａ）〜（ｃ）に示した位置ずれ量の検出方法では、光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向（図中Ｙ方向）における振幅を変化させ、図２６（ａ）〜（ｃ）に示す変形例では、光偏向装置１３のミラー１３０の反射面の傾きを変化させていたが、図２７（ａ）〜（ｃ）に示す変形例では、走査線６３０に対して特別な制御をすることなく、光源装置１１を点灯させる照射領域の位置を変化させる。
【０２０１】
制御部１７は、光偏向装置１３のミラー１３０の位置をメカニカルに制御することで、照射領域の位置を変化させるが、光源装置１１の位置や、コリメータレンズ１１２の位置のような光学部品の位置をメカニカルに制御することで、照射領域の位置を変化させてもよい。
【０２０２】
図２８（ａ）に示すように、制御部１７は、まず、ミラー１３０の反射面の法線方向が水平方向（図中Ｚ方向）になるようにミラー１３０の反射面の傾きを初期設定する。その状態で制御部１７は、光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向の振幅を副走査振幅中心Ｌ２近傍のみにして光源装置１１を点灯させる。
【０２０３】
このとき、副走査方向に位置ずれΔＹが生じているので、副走査振幅中心Ｌ２は、初期状態の副走査振幅中心Ｌ２０に対して、ΔＹだけずれている。
【０２０４】
制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる照射領域は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０２０５】
この場合、走査領域１５Ｒ３は副走査方向において十分小さいので、受光素子６１（検知領域）とは重ならない。
【０２０６】
図２８（ｂ）に示すように、制御部１７は、走査線６３０の副走査方向における振幅、およびミラー１３０の反射面の傾きを変化させることなく、光偏向装置１３のミラー１３０の位置を副走査方向における上方（図中Ｙ方向）に移動させて光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向の振幅を大きくして光源装置１１を点灯させる。制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる照射領域は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０２０７】
図２８（ｂ）に示す状態では、副走査方向の位置Ｙｌで、走査領域１５Ｒ３は、受光素子６１（検知領域）の副走査方向における下端６１ｌ（第１の検知位置の一例）に達して重なっており、制御部１７は、このときのミラー１３０の移動量Ｇｌ’をＲＯＭ１００３等に記憶させる。
【０２０８】
図２８（ｃ）に示すように、制御部１７は、走査線６３０の副走査方向における振幅を大きくすることなく、ミラー１３０の反射面をさらに上向きに傾かせて光偏向装置１３が走査する走査線６３０の副走査方向の振幅をさらに大きくして光源装置１１を点灯させる。制御部１７は、走査線６３０の走査領域１５Ｒ３全域で光源装置１１を点灯させるため、光源装置１１を点灯させる照射領域は、走査領域１５Ｒ３に等しい。
【０２０９】
図２８（ｃ）に示す状態では、副走査方向の位置Ｙｕで、走査領域１５Ｒ３は、受光素子６１（検知領域）の副走査方向における上端６１ｕ（第２の検知位置の一例）に達して重なっており、制御部１７は、このときのミラー１３０の移動量Ｇｕ’をＲＯＭ１００３等に記憶させる。
【０２１０】
以上において、制御部１７は、図２８（ａ）に示す状態から図２８（ｂ）および図２８（ｃ）に示す状態に達するまでに、走査領域１５Ｒ３を複数回に分けて移動させてもよく、掃引移動させても良い。
【０２１１】
なお、制御部１７は、図２８（ａ）、図２８（ｂ）、および図２８（ｃ）の処理を必ずしもこの順番で行う必要はなく、図２８（ａ）、図２８（ｂ）、および図２８（ｃ）の処理を順不同で含んでいれば良い。また、図２８（ａ）、図２８（ｂ）、および図２８（ｃ）以外の処理を含んでいてもよい。
【０２１２】
図２９は、図２７および図２８に示した第２の変形例における副走査方向の位置と移動量の関係を示す図である。
【０２１３】
図中、近似線Ａは図２７（ａ）〜（ｃ）に示した初期状態における副走査方向の位置と移動量の関係を示し、近似線Ｂは図２８（ａ）〜（ｃ）に示した副走査方向の位置ずれΔＹが生じている状態における副走査方向の位置と移動量の関係を示す。
【０２１４】
近似線Ａでは、図２７（ａ）〜（ｃ）に示したように、副走査方向の位置Ｙｌのときのミラー１３０の移動量Ｇｌと、副走査方向の位置Ｙｕのときのミラー１３０の移動量Ｇｕがプロットされており、近似線Ｂでは、図２８（ａ）〜（ｃ）に示したように、副走査方向の位置Ｙｌのときのミラー１３０の移動量Ｇｌ’と、副走査方向の位置Ｙｕのときのミラー１３０の移動量Ｇｕ’がプロットされている。
【０２１５】
そして、近似線Ａと近似線Ｂの副走査方向の位置ずれΔＹに起因して、表示画像領域１５Ｒ１内で画像情報に基づき光源装置１１を点灯させてスクリーン１５に形成される画像が、副走査方向に位置ずれする。
【０２１６】
副走査方向の位置ずれΔＹは以下式で計算できる。
【０２１７】
Ｙｌ＝ａ×Ｇｌ’＋ΔＹ
Ｙｕ＝ａ×Ｇｕ’＋ΔＹ
これより、
ΔＹ＝（Ｇｌ’×Ｙｕ−Ｇｕ’×Ｙｌ）／（Ｇｌ’−Ｇｕ’）
なお、近似線Ａと近似線Ｂの傾き、及び、上記式のａは、ミラー１３０の移動量に対する副走査方向の位置の感度を意味している。
【０２１８】
本実施形態では、制御部１７は、表示画像領域１５Ｒ１内で画像情報に基づき光源装置１１を点灯させてスクリーン１５に形成される画像を、検出した副走査方向の位置ずれΔＹの逆方向にΔＹずらして形成する。これにより、画像の位置ずれΔＹを精度良く補正することができる。
【０２１９】
なお、上記では、検知位置を受光素子６１の下端６１ｌ及び上端６１ｕとしたが、検知位置は、例えば受光素子６１を一部遮光した遮光部の端部でもよく、必ずしも受光素子端部６１に限定されるものではない。
【０２２０】
また、上記では、検知位置を受光素子６１の下端６１ｌ及び上端６１ｕの２箇所用いたが、初期状態と副走査方向の位置ずれ状態の間で、ミラー１３０の移動量に対する副走査方向の位置の感度が無いまたは十分小さい場合は、検知位置を受光素子６１の下端６１ｌまたは上端６１ｕの１箇所のみとしてもよい。
【０２２１】
図３０は、第２の実施形態に係る補正処理の構成図である。初期状態における表示画像領域１５Ｒ１、非画像領域１５Ｒ２、受光素子６１Ａ，６１Ｂ、第一の検知用画像領域Ｇ１及び第二の検知用画像領域Ｇ２を表したものである。Ｌ１は、光偏向装置１３による二次元走査のスクリーン１５上における主走査振幅中心、Ｌ２は、光偏向装置１３による二次元走査のスクリーン１５上における副走査振幅中心である。
【０２２２】
図３０に示すように、表示画像領域１５Ｒ１の外側にまで二次元走査領域１５Ｒ３を広げ、その表示画像領域１５Ｒ１の外側の走査領域である非画像領域１５Ｒ２に受光素子６１を配置する。また、受光素子６１の副走査方向両端部のうち、下端部を含む所定領域でレーザー光の点灯がされる第一の検知用画像領域Ｇ１及び、上端部を含む所定領域でレーザー光の点灯がされる第二の検知用画像領域Ｇ２を設ける。検知用画像領域Ｇ１とＧ２は互いに副走査方向に異なる位置を含んでいる。また検知用画像領域Ｇ１、Ｇ２はそれぞれ、主走査方向の幅が受光素子６１の主走査方向の幅よりも大きく、検知用画像領域Ｇ内を走査するレーザー光が受光素子６１の受光面を主走査方向に通過することにより、受光素子６１は走査光の走査タイミングを検知できる。なお、検知用画像領域Ｇ１は第一の領域の一例であり、検知用画像領域Ｇ２は第二の領域の一例である。
【０２２３】
受光素子６１上でレーザー光の点灯が行われるため、受光素子６１から走査状態に関わる受光信号を取得することができる。この走査状態に関わる信号を用いて、光偏向装置１３の駆動や光源部の発光タイミングを制御することで、画像形成位置、画像サイズの調整を行う。走査状態に関わる信号とは、一例として、受光素子６１を通過する時間間隔や受光素子６１を通過した走査線の本数などである。
【０２２４】
このとき、第一の検知用画像領域Ｇ１及び第二の検知用画像領域Ｇ２での光が表示画像領域１５Ｒ１に漏れないように、表示画像領域１５Ｒ１は一定間隔離れていることが望ましく、また、表示画像領域１５Ｒ１は、スクリーン１５の光学的な有効領域１５Ｒ４以下の大きさであることが望ましい。なお、第一の検知用画像領域Ｇ１と第二の検知用画像領域Ｇ２とを区別する必要がないときは、検知用画像領域Ｇと呼ぶことがある。
【０２２５】
なお検知用画像領域Ｇに形成される検知用画像は、制御したい内容に応じて変えてもよい。また所定の走査フレーム間隔で形成してもよいし、特定の条件の満たす場合に形成してもよい。また、全光源を点灯させた画像でもよいし、特定の光源を点灯させた画像でもよく、走査フレーム毎に点灯させる光源を変えることもできる。
【０２２６】
図３１は、副走査方向の画像サイズ変動による走査線受光本数変化について説明する図である。
【０２２７】
図３１（ａ）は、初期状態における表示画像領域１５Ｒ１、二次元走査領域１５Ｒ３、受光素子上の第一の検知用画像領域Ｇ１及び、第二の検知用画像領域Ｇ２を表したものである。初期状態とは、製品出荷前などに狙いの画像サイズや画像位置になるように調整された状態のことである。二次元走査領域１５Ｒ３を副走査振幅中心Ｌ２で分けたときの一方の領域において、二つの受光素子が略対角に配置されている。
【０２２８】
図３１（ｂ）は、初期状態から副走査方向の画像サイズが縮小された様子を表している。副走査方向の画像サイズが縮小する要因としては、例えば、図１２で説明したように、ＭＥＭＳミラーの駆動電圧に対する感度の経年特性が挙げられる。また、感度の温度特性や、光学系の特性変化などでも同様の現象は起きうる。
【０２２９】
図３１（ｂ）で説明したように、副走査方向の画像調整は、第一の検知用画像領域Ｇ１及び、第二の検知用画像領域Ｇ２での点灯により検出される走査線受光本数に基づき行われる。第一の検知用画像領域Ｇ１及び、第二の検知用画像領域Ｇ２と受光素子の重なりが多いほど、走査線受光本数も多くなる。図３１では、初期状態における第一の検知用画像領域Ｇ１と受光素子の重なりをＡ、第二の検知用画像領域Ｇ２と受光素子の重なりをＢ、画像サイズ変動時における第一の検知用画像領域Ｇ１と受光素子の重なりをＡ´、第二の検知用画像領域Ｇ２と受光素子の重なりをＢ´として示している。点灯領域と受光素子の重なりを、受光素子上のラスタキャンの副走査間隔で割った値が、受光素子で受光される走査線受光本数であり、それぞれ、ＮＡ、ＮＢ、ＮＡ´、ＮＢ´とする。ＮＡは、第一の領域における所定本数の一例である。また、ＮＢは、第二の領域における所定本数の一例である。
【０２３０】
第一の検知用画像領域Ｇ１により得られる走査線受光において、図３１（ａ）の初期状態から図３１（ｂ）の画像サイズ変動時に至るまでに生じる受光本数増減量ΔＮＡは、ΔＮＡ＝ＮＡ´−ＮＡであり、同様に、第二の検知用画像領域Ｇ２により得られる走査線受光において、図３１（ａ）の初期状態から図３１（ｂ）の画像サイズ変動時に至るまでに生じる受光本数増減量ΔＮＢは、ΔＮＢ＝ＮＢ´−ＮＢである。これらの和ΔＮＡ＋ΔＮＢの値を一定に保つように調整制御を行うことで、画像サイズの初期状態からの変動を抑制することができる。画像サイズの制御は、ミラー１３０に印加する駆動電圧を調整することで制御することができる。ΔＮＡは、第一の領域における所定本数からの変動量の一例である。また、ΔＮＢは、第二の領域における所定本数からの変動量の一例である。
【０２３１】
初期状態からの走査線受光本数変動は、ここで説明した画像サイズの変動によるものだけでなく、後述する画像位置の変動でも生じる。しかしながら、二つの点灯領域による受光本数増減量の和ΔＮＡ＋ΔＮＢの値を一定に保つような制御を行うことで、画像位置変動に起因するものを排除することができ、画像サイズ変動を独立的に検出制御することができる。例えば一箇所の点灯領域の走査光の本数の変化だけでは、副走査方向にずれが生じていることが分かっても、画像サイズ変動か画像位置変動かは判断できず、適切に調整をすることが難しい。二つの副走査方向に異なる点灯領域それぞれの走査光の本数に基づき副走査方向のズレを検知しているため、高価なエリアセンサや特別にＶ字状スリットを付けた検出器等を用いることなく、高精度に副走査方向のずれを検知し、初期状態からの変動を抑制できる。
【０２３２】
図３２は、副走査方向の画像位置変動による走査線受光本数変化について説明する図です。
【０２３３】
図３２（ａ）は、初期状態における表示画像領域１５Ｒ１、走査領域１５Ｒ３、受光素子６１Ａ、６１Ｂ、第一の検知用画像領域Ｇ１及び、第二の検知用画像領域Ｇ２を表したものである。
【０２３４】
図３２（ｂ）は、初期状態から副走査方向の画像位置が−Ｙ’方向にΔＹだけ変動した様子を表している。副走査方向の画像位置が変動する要因としては、例えば、光学系の構成部品の位置変化が挙げられる。
【０２３５】
図３２において、前述の図３１と同様に、初期状態における第一の検知用画像領域Ｇ１と受光素子の重なりをＡ、第二の検知用画像領域Ｇ２と受光素子の重なりをＢとする。また、画像位置変動時における第一の検知用画像領域Ｇ１と受光素子の重なりをＡ”、第二の検知用画像領域Ｇ２と受光素子の重なりをＢ”として示している。
【０２３６】
図３１及び図３２によると、第一の検知用画像領域Ｇ１での点灯により検出される走査線本数は、画像サイズが縮小されたときには初期状態より減少し、画像位置が−Ｙ’方向に変動したときにも初期状態より減少する。同様に、第二の検知用画像領域Ｇ２での点灯により検出される走査線本数は、画像サイズが縮小されたときには初期状態より増加し、画像位置が−Ｙ’方向に変動したときにも初期状態より増加する。実際の使用条件では、これら画像サイズの変動と画像位置の変動は同じタイミングで生じるため、それぞれを高精度に制御するためには、それぞれを独立的に検出する必要がある。
【０２３７】
ここで、画像位置変動時の走査線受光本数の増減量に着目する。画像位置変動時は、表示画像領域１５Ｒ１、走査領域１５Ｒ３、受光素子上の第一の検知用画像領域Ｇ１及び、第二の検知用画像領域Ｇ２それぞれが−Ｙ´方向にΔＹだけ平行シフトする。そして受光素子６１Ａ，６１Ｂの位置は変動しないため、Ａ−ΔＹ＝Ａ”、Ｂ＋ΔＹ＝Ｂ”が成立し、その結果Ａ”−Ａ＝（Ｂ”−Ｂ）×（−１）とわかる。つまり第一の検知用画像領域Ｇ１での点灯により検出される走査線本数の増減量と、第二の検知用画像領域Ｇ２での点灯により検出される走査線本数の増減量は同量で、互いに逆符号である。
【０２３８】
これより、前述したように、画像サイズ変動の制御時には、ΔＮＡ＋ΔＮＢの値を一定に保つような制御を行うことで、画像位置変動に起因するものを排除することができ、画像サイズ変動を独立的に検出制御できることがわかる。
【０２３９】
以降、画像位置変動の独立検出について説明する。第一の検知用画像領域Ｇ１での点灯により検出される走査線本数の増減量は、画像サイズの変動と画像位置の変動が同じタイミングで生じる場合、以下のように表される。
【０２４０】
ΔＮＡ＝α（ｈａ）＋ΔＮＹ  ・・・（式１）
ここでα（ｈａ）は、画像サイズ変動時の走査線受光本数の増減量であり、受光素子６１Ａ，６１Ｂの端部高さに依存する。受光素子６１Ａ，６１Ｂの端部高さは、図３２中でｈＡ、ｈＢで示される。以降、画像サイズ変動時の走査線受光本数の増減量を、第一の検知用画像領域Ｇ１についてはα（ｈａ）、第二の検知用画像領域Ｇ２についてはα（ｈｂ）と表す。また、α（ｈｂ）／α（ｈａ）＝ｋと表す。ΔＮＹは、画像位置がΔＹ変動したときに生じる走査線受光本数である。
【０２４１】
前述のように、ΔＮＡ＋ΔＮＢは、画像位置変動に起因するものを排除することができ、以下で表される。
【０２４２】
ΔＮＡ＋ΔＮＢ＝α（ｈａ）−α（ｈｂ）・・・（式２）
（式１）、（式２）より、
ΔＮＹ＝ΔＮＡ−｛（ΔＮＡ＋ΔＮＢ）／（１−ｋ）｝・・・（式３）
ここで、１／（１−ｋ）＝Ｋとすると、（式３）は、以下（式４）で表される。
【０２４３】
ΔＮＹ＝ΔＮＡ×（１−Ｋ）−ΔＮＢ×Ｋ・・・（式４）
【０２４４】
このように、（式４）を用いることで、第一の検知用画像領域Ｇ１における走査線受光本数変動量と、第二の検知用画像領域Ｇ２における走査線受光本数変動量から画像位置の変動量を独立的に検出制御することができる。これにより、画像位置の初期状態からの変動を抑制することができる。また、ｋ及びＫは、第一の検知用画像領域Ｇ１に含まれる受光素子下端部と第二の検知用画像領域Ｇ２に含まれる受光素子上端部の副走査位置に基づくパラメータであり、あらかじめこのパラメータを既知としておく。
【０２４５】
図３３は、受光素子端部の副走査方向の位置とパラメータＫの関係について説明するものである。横軸は、第一の検知用画像領域Ｇ１に含まれる受光素子下端部と第二の検知用画像領域Ｇ２に含まれる受光素子上端部の副走査方向の間隔を示し、縦軸はそのときのＫの値を示す。図３３に示されるように、副走査間隔が広いほどＫの値は小さくなることがわかる。なお、図３３において横軸に示した副走査方向の間隔の値、縦軸のパラメータは一例を示すものであって、これに限られるものではない。
【０２４６】
（式４）を用いることで、第一の検知用画像領域Ｇ１における走査線受光本数変動量と、第二の検知用画像領域Ｇ２における走査線受光本数変動量から画像位置の変動量を算出できることを示したが、それぞれの走査線受光本数に誤差が生じた場合、Ｋが大きいほど画像位置変動量の算出上の誤差が大きくなる。
【０２４７】
例えば、図３３中の点線部の受光素子端部副走査間隔で構成された場合はＫ＝３となり、受光本数ΔＮＢに１本分の誤差が生じた場合、３倍に拡大されて制御誤差として算出される。すなわち、画像位置の変動量をより高精度に求めるためには、第一の検知用画像領域Ｇ１と第二の検知用画像領域Ｇ２の副走査間隔を広い方が好ましく、すなわち受光素子６１Ａ、６１Ｂの副走査間隔が広い方が好ましい。したがって受光素子６１Ａ，６１Ｂがスクリーン１５上で略対角の配置で高精度な検出が可能となる。
【０２４８】
図３４は、第２の実施形態の第一の変形例である。受光素子６１Ａ，６１Ｂと第一の検知用画像領域Ｇ１及び第二の検知用画像領域Ｇ２のレイアウトは、図３０に限定されるものでなく、図３４に示すようなレイアウトであってもよい。この場合も同様の考え方で、画像サイズ及び画像位置の調整ができる。
【０２４９】
図３５は、第２の実施形態の第二の変形例である。すなわち受光素子６１Ｂと第二の点灯領域の位置関係が異なる場合の構成について説明する図である。
【０２５０】
これまでの説明では、第一の検知用画像領域Ｇ１が受光素子の下端部を、第二の検知用画像領域Ｇ２が受光素子の上端部を含むように受光素子と点灯領域の位置関係を設定していたが、本発明はこのような構成で限定されるものでなく、図３５に示すように第一の検知用画像領域Ｇ１が受光素子の下端部を、第二の検知用画像領域Ｇ２がもう一方の受光素子の下端部を含むような構成であってもよい。このような構成の場合、前述の画像サイズ変動及び画像位置変動の検出制御の数式が変化するが、同様の考え方を用いればよい。
【０２５１】
例えば、画像サイズ変動の場合は、第一の検知用画像領域Ｇ１における走査線受光本数増減量ΔＮＡと、第二の検知用画像領域Ｇ２における走査線受光本数増減量ΔＮＢの差ΔＮＡ−ΔＮＢの値を一定に保つように調整制御を行うことで、画像サイズの初期状態からの変動を抑制することができる。このような数式を用いることで、画像位置変動に起因するものを排除できることは前述の説明より明らかである。また、画像位置変動の検出制御についても前述の例と同様に考えればよい。
【０２５２】
初期状態からの走査線受光本数変動は、ここで説明した画像サイズの変動によるものだけでなく、後述する画像位置の変動でも生じる。しかしながら、二つの点灯領域による受光本数増減量の差であるΔＮＡ−ΔＮＢの値を一定に保つような制御を行うことで、画像位置変動に起因するものを排除することができ、画像サイズ変動を独立的に検出制御することができる。例えば一箇所の点灯領域の走査光の本数の変化だけでは、副走査方向にずれが生じていることが分かっても、画像サイズ変動か画像位置変動かは判断できず、適切に調整をすることが難しい。二つの副走査方向に異なる点灯領域それぞれの走査光の本数に基づき副走査方向のズレを検知しているため、高価なエリアセンサや特別にＶ字状スリットを付けた検出器等を用いることなく、高精度に副走査方向のずれを検知し、初期状態からの変動を抑制できる。
【０２５３】
また、ｋ及びＫは、第一の検知用画像領域Ｇ１に含まれる第一の受光素子６１Ａの下端部と第二の検知用画像領域Ｇ２に含まれる第二の受光素子６１Ｂの受光素子下端部の副走査位置に基づき決定すればよい。また、本実施形態では、受光素子６１Ａ，６１Ｂはほぼ同じ形状であり、走査領域でほぼ同じ向きに配置されているが、これに限られない。
【０２５４】
図３６は、画像サイズ調整処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに基づき、走査光の位置が変更されることにより、一定フレーム間隔で画像サイズの調整が行われる。
【０２５５】
光源装置１１は、光源装置制御部１７１２の制御に従い第一の検知用画像領域Ｇ１及び第二の検知用画像領域Ｇ２に対してレーザー点灯を行い（Ｓ１１）、検知用画像を形成する。
【０２５６】
すると光検出センサ６０は、ステップＳ１１における点灯を受光素子６１で検出して検出信号を出力する。調整信号生成部１７１１は検出ステップとして、このときに得られる信号から走査線本数を検出する（Ｓ１２）。例えば第一の検知用画像領域Ｇ１、第二の検知用画像領域Ｇ２それぞれが走査される時間内に受光素子６１Ａ，６１それぞれが出力した受光信号の回数をカウントすれば、走査線本数が得られる。
【０２５７】
次に調整信号生成部１７１１は算出ステップとして、第一の検知用画像領域Ｇ１及び第二の検知用画像領域Ｇ２のそれぞれにより得られた走査線本数から、ΔＮＡ＋ΔＮＢを算出する（Ｓ１３）。
【０２５８】
さらに調整信号生成部１７１１は、製品出荷前などにあらかじめ取得されていた初期状態におけるΔＮＡ＋ΔＮＢの値との比較を行い、差が一定値以下の場合（Ｎｏの場合）、調整が不必要と判断し、そのフレームでの調整フローを終了する（Ｓ１４）。一方ステップＳ１４において、差が一定値以上の場合（Ｙｅｓの場合）、調整が必要と判断し、ステップＳ１５に進む。
【０２５９】
すると光偏向装置制御部１７１３は、走査位置変更ステップＳ１５として、画像サイズを変更するために走査光の副走査方向の位置を変更する（Ｓ１５）。一例として、ステップＳ１４で算出した差に基づいた駆動電圧調整を行い、調整した駆動電圧をミラー１３０に印加する。このときの調整は、あらかじめΔＮＡ＋ΔＮＢと駆動電圧との関係を取得しておき、その特性に基づいて一意的に電圧値を定めてもよいし、適当な調整ステップ値を定めて、この調整ステップ値を最大の電圧調整幅としてもよい。
【０２６０】
このように一定フレーム間隔で画像サイズを調整することで適切な画像表示が可能となる。
【０２６１】
図３７は第３の実施形態に係る補正処理の構成図である。第２の実施形態では、図３０に示すように第一の検知用画像領域Ｇ１を受光する受光素子と第二の検知用画像領域Ｇ２を受光する受光素子は、副走査方向に離れた位置に配置されていた。本第３の実施形態では、図３７に示すように第一の検知用画像領域Ｇ１を受光する受光素子と第二の検知用画像領域Ｇ２を受光する受光素子を、副走査方向に略水平位置に配置する。
【０２６２】
このような配置を取ることで、これまで表示画像領域１５Ｒ１周辺に配置されている受光素子６１や第二の検知用画像領域Ｇ２があるために有効に利用することができなかった二次元走査領域１５Ｒ３の一部分を、表示画像領域１５Ｒ１充てることができ、より主走査方向に大きく画像を表示できるようになる。
【０２６３】
このとき前述したように（式４）を用いた画像位置の変動量算出は、受光素子の副走査間隔を広く取ったほうが高精度である。したがって、本第３の実施形態のように副走査間隔が比較的狭い場合の画像位置変動量の算出を検討した。
【０２６４】
すなわち、第３の実施形態での画像位置変動量の算出は以下式により算出する。
【０２６５】
ΔＮＹ＝ΔＮＡ      （式５）
もしくは
ΔＮＹ＝ΔＮＢ×−１      （式６）
【０２６６】
ここで、図３８を用いて補正処理に用いる画像位置変動量の算出式の違いによる表示画像の違いについて説明する。図３８は、表示画像領域１５Ｒ１内の仮想的な基準線Ｓの副走査位置に、「５０ｋｍ／ｈ」という文字を表示させた表示画像の例である。図３８（ａ）は、パラメータＫを含む式である（式４）を用いた画像位置調整の結果図３８（ｂ）は、パラメータＫを含まない式である（式５）を用いた画像位置調整の結果の例を示す。
【０２６７】
図３８（ａ）の表示画像は、基準線Ｓに対し青色光源による表示画像Ｐｂが最も近く表示され、この表示画像Ｐｂに対し赤色光源による表示画像Ｐｒ，緑色光源による表示画像Ｐｇそれぞれの画像位置が副走査方向にずれて表示されている、いわゆる色ずれ画像である。
【０２６８】
このような色ずれ画像は、（式４）に含まれるパラメータＫによる算出上の誤差の影響で発生し得る。すなわち、ある色の光源による走査光を検出している際に外乱等が発生して光検出センサ６０からの受光信号に信号ノイズが含まれると、その受光信号に基づき検出された走査線の本数に誤差が生じる可能性がある。誤差として例えば、実際の走査本数が２０本のところ２１本と検出した場合に（式４）を用いて画像位置変動量を算出すると、この１本分がＫ倍され、Ｋ本分の画像位置補正を行うことになる。このように、外乱等による検出誤差が発生した場合に、パラメータＫを含む（式４）を用いて補正を行うことで、人が認知する程度の色ずれ画像が発生し得る。なお、図３８（ａ）においては３つの光源すべての位置が互いにずれている場合を示したが、例えば複数の光源のうち一つについて検出誤差が発生した場合は、その光源色の画像のみがずれた色ずれ画像が発生することになる。
【０２６９】
一方図３８（ｂ）には、基準線Ｓに対し、画像表示位置が図中副走査方向上方向にずれているが、各光源による表示画像Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂは、同じ位置に表示されていることが示されている。
【０２７０】
図３８（ｂ）の表示画像は、（式４）を用いていないため画像位置変動量の算出について画像サイズ変動の影響を受けている。つまり実際は画像サイズの増減による走査線本数の増減であったとしても、画像位置の変動として画像位置補正が実行されている。しかしこのように画像サイズ変動の影響を受けた変動量に基づき画像位置の補正を行ったとしても、各色の画像位置は３色そろった位置変動をするため、色ずれは生じにくい。また図３８（ｂ）の場合は（式４）を用いないため図３８（ａ）の説明で述べたような、パラメータＫによる算出上の誤差の影響を受けて生じる色ずれも発生しにくい。
【０２７１】
つまり図３８（ａ）と図３８（ｂ）とでは、図３８（ａ）は、画像サイズ変動を排した精度のよい画像位置変動量の算出を行っているが、色ずれが生じており、一方図図３８（ｂ）は、算出される画像位置変動量は実際の位置変動量に対して画像サイズ変動の影響を受けた位置変動量となるが、色ずれは生じてないという違いがある。したがってこの違いを考慮して、場合によって用いる式を選択すればよい。例えば人の認知特性として、画像位置のシフトと比較して色ずれの方が認知しやすい特性があるため図３８（ｂ）のような色ずれが低減された画像を優先する場合は、（式４）よりも、（式５）もしくは（式６）を用いることが望ましい。
【０２７２】
なお、（式５）もしくは（式６）を用いる手法は、第２の実施形態のように二つの受光素子が略対角に配置された構成においても用いてもよい。
【０２７３】
図３９は、第４の実施形態に係る補正処理の構成図である。第２の実施形態及び第３の実施形態では、受光素子を二個有し、一方の受光素子に対して第一の点灯領域を、さらにもう一方の受光素子に対して第二の点灯領域を設けていた。第４の実施形態では、受光素子６１を一個のみを有し、その受光素子に対して、時間的に第一の点灯領域と第二の点灯領域をいずれを走査する時を点灯するかを切り替えて、それぞれの点灯時の検知結果を用いて画像調整制御を行う。
【０２７４】
図３９では、（ａ）のＮフレームで受光素子の副走査方向下端部を含む第一の点灯領域を設け、（ｂ）のＮ＋１フレームで受光素子の副走査方向上端部を含む第二の点灯領域を設ける。
この形態をとることにより、配置する受光素子６１が一つでも画像補正を実行でき、二次元走査領域１５Ｒ３をより広くして大きな表示画像を得られる。
【０２７５】
なお、このように、第一の点灯領域における点灯と第二の点灯領域の点灯を時系列的に切り替えることは、第２の実施形態や第３の実施形態にも用いることができる。本発明の構成を持つ画像表示装置では、ミラー１３０のミラー面の散乱光などにより画像光以外の光が表示画像領域１５Ｒ１に意図せずに漏れ出ることで、観察者３が不要な光を視認してしまうことがある。第一の点灯領域の点灯と第二の点灯領域の点灯を時系列的に切り替えることは、１フレーム内での画像情報以外の点灯を減らすことになり、意図せずに漏れ出る光を減少させることができる。これにより、視認性のよい画像表示を行うことができる。
【０２７６】
なお、一例として画像情報に含まれる一画面分の画像から、走査フレーム画像を１周期分走査してもよいし、一画面分の画像から走査フレーム画像ｎ、走査フレーム画像ｎ＋１を形成してもよい。
【０２７７】
図４０ないし図４２は、本発明の第２〜第４の実施形態における表示画像領域の大きさの比較について説明する図である。
【０２７８】
なお、図４０、図４１、図４２はそれぞれ、第２、第３、第４の実施形態の受光素子６１の配置の場合に、それぞれ最大取りうる表示画像領域を示している。例えば図３０と図４０はいずれも受光素子６１Ａ，６１Ｂ、検知用画像領域Ｇ１，Ｇ２の構成は同じであるが、図３０は表示画像領域１５Ｒ１全体が、受光素子６１Ａ，６１Ｂの主走査方向内側にある。一方図４０は、表示画像領域１５Ｒ１の最大主走査幅部分は、受光素子６１Ａ，６１Ｂと主走査方向に同じ位置まで達している。つまり、第２の実施形態の構成において、表示画像領域１５Ｒ１は、最大図４０に示される大きさにできるが、図４０よりは狭い表示画像領域１５Ｒ１を選択してもよい。
【０２７９】
図４３は、図４０〜４２で示したそれぞれの実施形態における、表示画像領域１５Ｒ１のサイズ比較を示す表である。画像サイズの比較は、第２の実施形態の各寸法幅が１倍となるように規格化されており、第３の実施形態を用いることで、最小副走査幅を１．５倍に拡張できる。さらに、第４の実施形態を用いることで最小主走査幅を１．３倍に拡張できる。なお、ここでは、二次元走査領域１５Ｒ３は、いずれの実施形態でも同じ大きさとしている。このように、受光素子６１や検知用画像領域Ｇを、所望の画像調整の精度や、所望の表示画像領域１５Ｒ１の大きさによって、適宜選択することができる。
【０２８０】
また第２の実施形態、第３の実施形態において、受光素子６１Ａ，６１Ｂ、検知用画像領域Ｇ１、Ｇ２は互いに表示画像領域１５Ｒ１を主走査方向方向に挟んだ位置関係であるがこれに限られず、互いに表示画像領域１５Ｒ１の主走査方向に同じ側に配置してもよい。
【０２８１】
以上、各実施形態に係る画像形成装置について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【符号の説明】
【０２８２】
１    表示システム
１００    表示装置
１０    画像形成ユニット
１１    光源装置（光源の一例）
１２    ユニット筐体
１３    光偏向装置（光偏向部の一例）
１５    スクリーン
１５Ｒ１    表示画像領域
１５Ｒ３    二次元走査領域（走査範囲、走査領域）
Ｇ    検知用画像領域（照射領域の一例）
Ｇ１    検知用画像領域（第一の照射領域の一例）
Ｇ２    検知用画像領域（第二の照射領域の一例）
１７    制御装置（制御部の一例）
２５    中間像
３０    自由曲面ミラー（結像光学系の一例）
４５    虚像
５０    フロントガラス（反射部材の一例）
６１    受光素子（光検知部、検知領域）
６１Ａ    第一の受光素子（第１の光検知部、第１の検知領域）
６１Ｂ    第二の受光素子（第２の光検知部、第２の検知領域）
６１ｌ    下端（第１の検知位置）
６１ｕ    下端（第2の検知位置）
９０    筐体
１３０    ミラー
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２８３】
【特許文献１】特許第５２２１９６５号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020154111.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2020154111.tif 000019
【図１８】
2020154111.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2020154111.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
2020154111.tif 000030
【図２９】
2020154111.tif 000031
【図３０】
2020154111.tif 000032
【図３１】
2020154111.tif 000033
【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
2020154111.tif 000040
【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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