(57)【要約】【課題】虚像の視認性が良好な虚像表示装置の提供。【解決手段】虚像表示装置としてＨＵＤは、画像を表示する画像表示素子３１と、画像表示素子３１を照明する照明部４１と、照明部４１による発光の出力を制御する出力制御部と、を備える。照明部４１は、複数の発光領域Ａ１〜Ａ４が並べられ、各発光領域Ａ１〜Ａ４から発光された光が光学的開口部のうち少なくとも一部分が互いにずれた画素領域を照明する光源部４２と、各発光領域Ａ１〜Ａ４から発光された光を一括に屈折する屈折面４９ｂを有する屈折レンズ４８と、を有する。屈折面４９ｂは、発光領域Ａ１〜Ａ４の並び方向に沿った断面において、並び方向への座標変位に応じて傾きが変化している曲面状に形成されている。出力制御部は、虚像表示された画像において傾きの変化に基づく画素領域間の輝度のばらつきを低減するように、複数の発光領域Ａ１〜Ａ４間にて発光の出力を互いに異ならせている。【選択図】図７
2020170067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を虚像表示する虚像表示装置であって、
画素が並べられた光学的開口部（３２）を有し、前記光学的開口部が照明されることにより、前記画像を表示する画像表示素子（３１）と、
前記画像表示素子を照明する照明部（４１）と、
前記照明部による発光の出力を制御する出力制御部（６３）と、を備え、
前記照明部は、
複数の発光領域（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）が並べられてなり、各前記発光領域から発光された光が前記光学的開口部のうち少なくとも一部分が互いにずれた画素領域（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）を照明する光源部（４２）と、
前記光源部と前記画像表示素子との間の光路上に配置され、各前記発光領域から発光された前記光を一括に屈折する屈折面（４９ｂ，２４８ａ）を有する屈折レンズ（４８，２４８）と、を有し、
前記屈折面は、前記発光領域の並び方向に沿った断面において、前記並び方向への座標変位に応じて傾きが変化している曲面状に形成されており、
前記出力制御部は、虚像表示された前記画像において前記傾きの変化に基づく前記画素領域間の輝度のばらつきを低減するように、複数の前記発光領域間にて前記発光の出力を互いに異ならせている虚像表示装置。
【請求項２】
視認者のアイポイント（ＥＰ）の位置を取得するアイポイント取得部（６２）と、をさらに備え、
前記出力制御部は、前記アイポイント取得部が取得した前記アイポイントの位置に基づいて、複数の前記発光領域間の出力バランスを変更する請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
互いに前記並び方向に並ぶ複数の前記発光領域は、前記並び方向において端に位置する２つの外側発光領域（Ａ１，Ａ４）と、少なくとも２つの前記外側発光領域に挟まれるように配置された少なくとも１つの内側発光領域（Ａ２，Ａ３）と、を有し、
虚像表示された前記画像を視認可能となる空間領域として視認領域（ＥＢ）を、定義すると、
前記出力制御部は、前記アイポイントの位置が前記視認領域のうち中心部（ＥＢＣ）に位置する場合に、前記外側発光領域の発光の出力を、前記内側発光領域の発光の出力よりも大きくする請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
互いに前記並び方向に並ぶ複数の前記発光領域は、前記並び方向において端に位置する２つの外側発光領域と、少なくとも２つの前記外側発光領域に挟まれるように配置された少なくとも１つの内側発光領域と、を有し、
虚像表示された前記画像を視認可能となる空間領域として視認領域を、定義すると、
前記出力制御部は、前記アイポイントの位置が前記視認領域のうち並び方向に対応する方向の端部（ＥＢＬ，ＥＢＲ）に位置する場合に、各前記発光領域の発光の出力を、２つの前記外側発光領域のうち一方の前記外側発光領域から他方の前記外側発光領域へ向かうに従って、漸次増大するように設定する請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
視認者の眼の網膜に結像され、虚像表示された前記画像の視認に実際に寄与する光から規定される光学系における入射瞳の位置（ＰＥＰ）を、定義すると
前記出力制御部は、前記発光領域の中心から前記入射瞳の位置までの距離と正の相関を有するように、各前記発光領域の発光の出力を設定する請求項１から４のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
互いに前記並び方向に並ぶ複数の前記発光領域は、前記並び方向において端に位置する２つの外側発光領域と、少なくとも２つの前記外側発光領域に挟まれるように配置された少なくとも１つの内側発光領域と、を有し、
前記出力制御部は、前記外側発光領域の発光の出力を、前記内側発光領域の発光の出力よりも大きくする請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記照明部は、前記光源部と前記画像表示素子との間の光路上に配置され、複数の各小光源レンズ素子（２５３）を配列して形成され、各前記小光源レンズ素子が各前記発光領域から入射する光を分割して、新たな小光源を構成するように振る舞うフライアイレンズ（２５２）を、さらに有する請求項１から６のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記屈折面は、レンズ主軸（ＬＡＸ）が前記光学的開口部の中心を貫通するように配置され、
前記屈折面の傾きは、前記レンズ主軸と交差する前記屈折面の頂点からの前記並び方向への距離増大に伴って、漸次増大するように変化している請求項１から７のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記屈折面は、凹面状に形成されている請求項８に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記屈折面は、前記光路を全面的に覆うような単一面状に形成されている請求項１から８のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
【請求項１１】
前記屈折面は、フレネルレンズ状に複数の分割面に分割され、複数の前記分割面が前記光路を全面的に覆っている請求項１から８のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
【請求項１２】
各前記発光領域には、互いに密度が等しくなるように発光素子（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）が配置され、
前記出力制御部は、各前記発光領域間にて前記発光素子の発光の出力を異ならせる請求項１から１１のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
【請求項１３】
各前記発光領域には、互いに密度が異なるように発光素子（Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ａ，Ｌ４ｂ）が配置されている請求項１から１１のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書による開示は、画像を虚像表示する虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像を虚像表示する虚像表示装置が知られている。特許文献１に開示の装置は、画像表示素子及び照明部を備えている。画像表示素子は、画素が並べられた光学的開口部を有し、当該光学的開口部が照明されることにより、画像を表示する。照明部は、光源部及び屈折レンズを有している。光源部は、複数の発光領域が並べられてなり、各発光領域から発光された光が光学的開口部のうち少なくとも一部分が互いにずれた画素領域を照明する。屈折レンズは、光源部と画像表示素子との間の光路上に配置され、各発光領域から発光された光を一括して屈折する屈折面を有する。屈折面は、発光素子の並び方向に沿った断面において、当該並び方向への座標変位に応じて傾きが変化している曲面状に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２１５５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フレネルの式によれば、光が光学的な界面に入射する際に、その入射角に依存した光の損失（フレネル損失）が発生する。すなわち、光源部から発光された光を、屈折レンズを透過させて画像表示素子の光学的開口部を照明する場合に、屈折レンズの屈折面への入射角に応じた損失率にて光の一部が損失する。例えば、屈折面の傾きが大きい部分に入射する光が屈折面の傾きの小さい部分に入射する光よりフレネル損失の影響を大きく受ける傾向が観察され得る。
【０００５】
さて、特許文献１において、各発光領域の出力は、互いに等しいと考えられる。このような等出力の場合では、屈折面の傾きに依存した光の損失率の相違が各画素領域の輝度にそのまま反映されてしまう。故に、屈折面の傾きの変化に起因した画素領域間の輝度のばらつきが、虚像表示された画像に発生し得る。結果として、虚像の視認性が低下することが懸念されている。
【０００６】
この明細書の開示による目的のひとつは、虚像の視認性が良好な虚像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示された態様のひとつは、画像を虚像表示する虚像表示装置であって、
画素が並べられた光学的開口部（３２）を有し、光学的開口部が照明されることにより、画像を表示する画像表示素子（３１）と、
画像表示素子を照明する照明部（４１）と、
照明部による発光の出力を制御する出力制御部（６３）と、を備え、
照明部は、
複数の発光領域（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）が並べられてなり、各発光領域から発光された光が光学的開口部のうち少なくとも一部分が互いにずれた画素領域（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）を照明する光源部（４２）と、
光源部と画像表示素子との間の光路上に配置され、各発光領域から発光された光を一括に屈折する屈折面（４９ｂ，２４８ａ）を有する屈折レンズ（４８，２４８）と、を有し、
屈折面は、発光領域の並び方向に沿った断面において、並び方向への座標変位に応じて傾きが変化している曲面状に形成されており、
出力制御部は、虚像表示された画像において傾きの変化に基づく画素領域間の輝度のばらつきを低減するように、複数の発光領域間にて発光の出力を互いに異ならせている。
【０００８】
このような態様によると、互いに並べられた各発光領域から発光された光は、画像表示素子の光学的開口部のうち、少なくとも一部分が互いにずれた画素領域を照明している。故に、各発光領域から発光された光は、傾きが変化している曲面状の屈折面において、互いに傾きが異なる部分に入射し得る。そして、屈折面の傾きに依存した異なる損失率にて、屈折面の各部分で光の損失が発生し得る。ところが、本態様では、複数の発光領域間にて発光の出力が互いに異なる制御によって、損失率の違いを補うように、屈折面のうち互いに傾きが異なる部分へ入射する前の光量自体を、変えることが可能となる。この結果、画素領域間の照明むらが低減され、各画素領域に表示される画像の輝度のばらつきも、低減されることとなるのである。
【０００９】
なお、括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態のＨＵＤの車両への搭載状態を示す図である。
【図２】第１実施形態における制御システム及び光学システムを示すブロック図である。
【図３】第１実施形態における表示器の長手方向及びレンズ主軸の延伸方向に沿った断面を示す模式的な断面図である。
【図４】比較例において、視認領域に対するアイポイントの位置（最上段参照）、当該アイポイントから見た虚像表示された画像の輝度分布（上から２段目参照）、表示器の断面（上から３段目参照）、及び各発光領域の発光の出力（最下段参照）の関係を説明するための図である。
【図５】第１実施形態において、視認領域に対するアイポイントの位置（最上段参照）、当該アイポイントから見た虚像表示された画像の輝度分布（上から２段目参照）、表示器の断面（上から３段目参照）、及び各発光領域の発光の出力（最下段参照）の関係を説明するための図である。
【図６】第１実施形態において、アイポイントが視認領域のうち右端部に位置する場合での入射瞳の偏心と強度のむらとの関係を説明するための図である。
【図７】第１実施形態において、アイポイントの位置が偏心した場合の各発光領域の発光の出力バランスの変化を説明するための図である。
【図８】第１実施形態によるフローチャートである。
【図９】第２実施形態における表示器の長手方向及びレンズ主軸の延伸方向に沿った断面を示す模式的な断面図である。
【図１０】第２実施形態のフライアイレンズの斜視図である。
【図１１】第２実施形態の屈折レンズの斜視図である。
【図１２】第３実施形態において、虚像表示された画像の輝度分布（最上段参照）、表示器の断面（上から２段目参照）、及び各発光領域の発光の出力（最下段参照）の関係を説明するための図である。
【図１３】第４実施形態において、虚像表示された画像の輝度分布（最上段参照）、表示器の断面（上から２段目参照）、及び各発光領域の発光の出力（最下段参照）の関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
【００１２】
（第１実施形態）
図１に示すように、本開示の第１実施形態による虚像表示装置は、車両１に用いられ、当該車両１のインストルメントパネル２内に収容されるヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤ）１０となっている。ＨＵＤ１０は、車両１のウインドシールド３に設けられた投影部３ａへ向けて画像の光を投影する。これにより、ＨＵＤ１０は、画像を、視認者としての乗員により視認可能な虚像ＶＲＩとして表示する。すなわち、投影部３ａにて反射される画像の光が車両１の室内に設定された視認領域ＥＢに到達することにより、視認領域ＥＢにアイポイントＥＰが位置する視認者としての乗員は、各種情報を認識することができる。
【００１３】
表示される各種情報としては、例えば車速、燃料残量等の車両１の状態を表す情報、又は視界補助情報、道路情報等のナビゲーション情報等が挙げられる。
【００１４】
以下において、特に断り書きがない限り、前、後、上、下、左及び右が示す各方向は、水平面ＨＰ上の車両１を基準として記載される。
【００１５】
車両１のウインドシールド３は、例えばガラスないし合成樹脂により透光性の板状に形成された透過部材である。ウインドシールド３は、インストルメントパネル２よりも上方に配置されている。ウインドシールド３は、前方から後方へ向かう程、インストルメントパネル２とは離間するように傾斜して配置されている。ウインドシールド３は、画像の光が投影される投影部３ａを、滑らかな凹面状又は平面状に形成している。なお、投影部３ａは、ウインドシールド３に設けられていなくてもよい。例えば車両１とは別体となっているコンバイナを車両１内に設置して、当該コンバイナに投影部３ａが設けられていてもよい。
【００１６】
視認領域ＥＢは、ＨＵＤ１０により表示される虚像ＶＲＩが所定の規格を満たすように（例えば虚像ＶＲＩ全体が所定の輝度以上となるように）視認可能となる空間領域であって、アイボックスとも称される。視認領域ＥＢは、典型的には、車両１に設定されたアイリプスと重なるように設定される。アイリプスは、両眼それぞれに対して設定され、乗員のアイポイントＥＰの空間分布を統計的に表したアイレンジに基づいて、楕円体状の仮想的な空間として設定されている。
【００１７】
また車両１には、図２に示すように、画像生成ＥＣＵ（Electric Control Unit）４及びドライバステータスモニタ（Driver Status Monitor、以下ＤＳＭ）５が設けられている。画像生成ＥＣＵ４は、車両１等から各種情報を取得し、当該情報に基づいて、ＨＵＤ１０によって表示される画像データを生成する。
【００１８】
ＤＳＭ５は、乗員の顔を撮影し、その撮影画像を解析することで、乗員のアイポイントＥＰを位置検出するアイポイント検出部として機能し、さらに好ましくは、乗員の居眠りやわき見を監視する。ＤＳＭ５は、例えばインストルメントパネル２、ウインドシールド３の上部等、車両１において乗員の顔を撮影し易い位置に設置されている。
【００１９】
このようなＨＵＤ１０の具体的構成を、以下に説明する。ＨＵＤ１０は、ハウジング１１、導光部２１、表示器３０及び制御ユニット６０等により構成されている。
【００２０】
ハウジング１１は、図１に示すように、例えば合成樹脂ないし金属等により、導光部２１、表示器３０及び制御ユニット６０等を収容する中空形状を呈しており、車両１のインストルメントパネル２内に設置されている。ハウジング１１は、投影部３ａと対向する上面部に、光学的に開口する窓部１２を有している。窓部１２は、例えば画像の光を透過可能な防塵シート１３で覆われている。
【００２１】
導光部２１は、表示器３０から発せられた光を導光する光路を形成している。導光部２１は、複数の反射要素を有し、例えば平面鏡２２及び凹面鏡２４を有している。
【００２２】
平面鏡２２は、例えば合成樹脂ないしガラスからなる基材の表面に、アルミニウムを蒸着させること等により、反射面２３を形成している。平面鏡２２の反射面２３は、滑らかな平面状に形成されている。表示器３０から平面鏡２２に入射した画像の光は、その反射面２３により凹面鏡２４へ向けて反射される。
【００２３】
凹面鏡２４は、例えば合成樹脂ないしガラスからなる基材の表面に、アルミニウムを重畳させること等により、反射面２５を形成している。凹面鏡２４の反射面２５は、凹状に湾曲することで、滑らかな凹面状に形成されている。平面鏡２２から凹面鏡２４に入射した画像の光は、その反射面２５により投影部３ａへ向けて反射される。ここで、正の光学パワーを有する凹面鏡２４の反射面２５での反射によって、虚像ＶＲＩを表示器３０の表示画面３２ｂ上の画像に対して拡大することが可能となっている。
【００２４】
こうして凹面鏡２４に反射された画像の光は、防塵シート１３を透過することでＨＵＤ１０の外部へ射出され、ウインドシールド３の投影部３ａに入射する。投影部３ａに反射された画像の光が乗員のアイポイントＥＰに到達すると、当該乗員は虚像ＶＲＩを視認可能となるのである。ここで、投影部３ａは、透過部材としてのウインドシールド３に設けられているので、虚像ＶＲＩは、ウインドシールド３を通して視認される車両１外の景色と重畳して表示される。
【００２５】
また、凹面鏡２４は、ステッピングモータの駆動に応じて、左右方向に伸びる回転軸２４ａのまわりに回動可能となっている。こうした回動によって、虚像ＶＲＩの表示位置を上下方向に変位するように調整することができる。
【００２６】
なお、本実施形態において、平面鏡２２及び凹面鏡２４での画像の光の反射においては、光の折り返し方向が画像の上下方向に沿っている。このため、本実施形態の導光部２１は、画像の光を左右反転させない、すなわち左右方向無反転光学系となっている。
【００２７】
表示器３０は、表示画面３２ｂに画像を表示し、その画像の光を導光部２１へ向けて射出する。本実施形態の表示器３０は、透過型の液晶表示器となっている。表示器３０は、図３に示すように、パネル状の画像表示素子３１及び照明部４１等により構成されている。表示器３０は、例えば遮光性を有する箱状のケーシングに画像表示素子３１及び照明部４１を収容しつつ、画像表示素子３１の表示画面３２ｂをケーシングの外部に露出させて構成されている。
【００２８】
本実施形態の画像表示素子３１は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）を用いたＴＦＴ液晶パネルであって、例えば２次元配列にて配列された複数の液晶画素を形成しているアクティブマトリクス型の液晶パネルである。
【００２９】
画像表示素子３１は、光を透過可能に形成されて光学的に開口する光学的開口部３２を、遮光枠部により全周囲まれることにより形成している。光学的開口部３２は、液晶画素が上述のように並べられて、長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤを有する矩形状、すなわち長方形状に形成されている。光学的開口部３２において導光部２１側に露出する表面は、画像を表示する表示画面３２ｂとなっている。一方、光学的開口部３２において照明部４１側を向く表面は、照明部４１によって照明される照明対象面３２ａとなっている。
【００３０】
光学的開口部３２は、一対の偏光板及び一対の偏光板等に挟まれた液晶層等が積層されて、その全面を塞がれている。各偏光板は、互いに直交する透過軸及び吸収軸を有し、透過軸方向に偏光した光を透過させ、吸収軸方向に偏光した光を吸収する性質を有する。一対の偏光板は、透過軸を互いに直交させて配置されている。液晶層は、液晶画素毎の電圧の印加により、印加電圧に応じて液晶層に入射する光の偏光方向を回転させることが可能となっている。こうして画像表示素子３１は、偏光方向の回転により導光部２１側の偏光板を透過する光の割合、すなわち透過率を、液晶画素毎に変えることができる。
【００３１】
したがって、画像表示素子３１は、照明部４１からの光の入射に対応して、液晶画素毎の透過率が制御されることで、当該光を利用して表示画面３２ｂに画像を表示する。隣り合う液晶画素には、互いに異なる色（例えば赤、緑及び青）のカラーフィルタが設けられており、これらの組み合わせにより、様々な色が再現されるようになっている。
【００３２】
各液晶画素では、表示画面３２ｂ及び照明対象面３２ａを貫通するように、光学的に開口してもうけられる透過部と、当該透過部を囲んで形成された配線部とが設けられている。したがって、遮光枠部に囲まれた光学的開口部３２が大開口部を構成しているのに対し、各画素毎の透過部が小開口部を構成している。
【００３３】
照明部４１は、画像表示素子３１を照明する。照明部４１は、光源部４２、アレイレンズ４６、屈折レンズ４８及び拡散板５０等により構成されている。
【００３４】
光源部４２は、光源用回路基板４３に、複数の発光素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が実装されて形成されている。光源用回路基板４３は、例えばガラスエポキシ樹脂等の合成樹脂を基材とした平板状のリジッド基板である。本実施形態の発光素子Ｌ１〜Ｌ４には、例えば点状光源としての発光ダイオード素子が採用されている。各発光素子Ｌ１〜Ｌ４は、光源用回路基板４３上の配線パターンを通じて、電源と電気的に接続されている。より詳細に、各発光素子Ｌ１〜Ｌ４は、チップ状の青色発光ダイオードを、透光性を有する合成樹脂に黄色蛍光剤を混合した黄色蛍光体により封止することにより形成されている。青色発光ダイオードから電流量に応じた発光の出力にて発せられる青色光により、黄色蛍光体が励起されて黄色光が発光される。青色光と黄色光との混合により、結果的に、各発光素子Ｌ１〜Ｌ４から白色（より詳細には疑似白色）の光が発光される。
【００３５】
ここで、各発光素子Ｌ１〜Ｌ４は、発光強度が最大となる発光ピーク方向ＰＤから乖離するに従って発光強度が相対的に低下する放射角度分布にて、光を発光する。各発光素子Ｌ１〜Ｌ４の発光ピーク方向ＰＤは、互いに実質同一の方向であり、光源用回路基板４３の表面（これを光源配置面４３ａと称する）に対して実質垂直な方向（換言すると法線方向）となっている。
【００３６】
光源配置面４３ａにおいて、複数の発光素子Ｌ１〜Ｌ４は、短手対応方向及び長手対応方向のうち、少なくとも長手対応方向を並び方向として並べられている。特に本実施形態では、複数の発光素子Ｌ１〜Ｌ４は、例えば４つ設けられ、長手対応方向に、均一の間隔で１列に配列されている。
【００３７】
ここで、短手対応方向とは、光学的開口部３２を、光路（例えば発光ピーク方向ＰＤの逆方向）に沿って射影対象に射影した場合に、光学的開口部３２の短手方向ＳＤを示すベクトルが射影対象上に射影されたベクトルによって示される方向を意味する。同様に、長手対応方向とは、光学的開口部３２を、光路（例えば強度ピーク方向の逆方向）に沿って射影対象に射影した場合に、光学的開口部３２の長手方向ＬＤを示すベクトルが射影対象上に射影されたベクトルによって示される方向を意味する。ここでは、光源配置面４３ａが射影対象である。そして、本実施形態では、短手対応方向が短手方向ＳＤに実質的に一致すると共に、長手対応方向が長手方向ＬＤに実質的に一致している。また、短手方向ＳＤは、虚像表示された画像における上下方向に対応している。長手方向ＬＤは、虚像表示された画像における左右方向に対応している。
【００３８】
こうした光源配置面４３ａでは、複数の発光素子Ｌ１〜Ｌ４の配置に基づいて区分される仮想的な領域として、複数の発光領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４が定義され得る。本実施形態において各発光領域Ａ１〜Ａ４は、互いに等しい面積に定義される。各発光領域Ａ１〜Ａ４は、その中心に配置された個別に対応する１つの発光素子Ｌ１〜Ｌ４を包含する。特に本実施形態では、発光素子Ｌ１〜Ｌ４の配列に対応して、発光素子Ｌ１〜Ｌ４と同数の４つの発光領域Ａ１〜Ａ４が長手対応方向を並び方向として並ぶように定義される。
【００３９】
ここで、各発光素子Ｌ１〜Ｌ４に接続された各配線パターンには、それぞれ個別の電流量を設定することが可能となっている。したがって、各発光素子Ｌ１〜Ｌ４の発光の出力を独立して設定可能となっている。換言すると、各発光領域Ａ１〜Ａ４からの発光の出力は、独立して設定可能となっている。さらに換言すれば、各発光領域Ａ１〜Ａ４からの単位面積当たりの発光の出力についても、独立して設定可能となっている。
【００４０】
アレイレンズ４６は、光源部４２と画像表示素子３１との間、特に光源部４２と屈折レンズ４８との間の光路上に配置されている。アレイレンズ４６は、複数の凸レンズ素子４７が発光素子Ｌ１〜Ｌ４の数及び配置ないし発光領域Ａ１〜Ａ４の数及び配置に合わせて配列されて形成されている。各凸レンズ素子４７は、個別に対応する発光素子Ｌ１〜Ｌ４ないし発光領域Ａ１〜Ａ４と対向して配置されている。
【００４１】
各凸レンズ素子４７は、例えば合成樹脂ないしガラス等により透光性を有して形成されている。各凸レンズ素子４７は、個別のレンズ主軸ＬＡＸを有し、個別に対応する発光素子Ｌ１〜Ｌ４ないし発光領域Ａ１〜Ａ４からの光を集光により平行化する。ここでいう平行化とは、発光素子Ｌ１〜Ｌ４ないし発光領域Ａ１〜Ａ４からの光を、凸レンズ素子４７透過後の状態において、凸レンズ素子４７入射前の状態よりも平行光束に近づけることを意味し、完全な平行光束にするものに限られない。
【００４２】
本実施形態のアレイレンズ４６において、各発光素子Ｌ１〜Ｌ４ないし各発光領域Ａ１〜Ａ４側を向く面は、各凸レンズ素子４７間に共通の滑らかな平面状に形成されている。これに対し、屈折レンズ４８側では、凸レンズ素子４７毎に、屈折レンズ４８側に凸となる滑らかな凸面状の素子面が配列形成されている。
【００４３】
屈折レンズ４８は、光源部４２と画像表示素子３１との間、特にアレイレンズ４６と拡散板５０との間の光路上に配置されている。屈折レンズ４８は、例えば合成樹脂ないしガラス等により透光性を有して形成されている。屈折レンズ４８は、単一のレンズ主軸ＬＡＸを有し、当該レンズ主軸ＬＡＸが光学的開口部３２の中心を貫通するように配置されている。また、レンズ主軸ＬＡＸの延伸方向は、光源配置面４３ａの法線方向及び発光ピーク方向ＰＤと実質的に一致する。
【００４４】
屈折レンズ４８において、アレイレンズ４６側を向く面４９ａは、滑らかな平面状に形成されている。拡散板５０側を向く面は、滑らかな曲面状の屈折面４９ｂとなっている。本実施形態の屈折面４９ｂは、アレイレンズ４６側に凹む滑らかな凹面状に形成されている。屈折面４９ｂは、各発光素子Ｌ１〜Ｌ４ないし各発光領域Ａ１〜Ａ４から発光された光を、一括に屈折するように、光路を全面的に覆うような単一面状に形成されている。
【００４５】
こうした形状によって屈折レンズ４８は、負の光学パワーを有する凹レンズとして機能し、各発光素子Ｌ１〜Ｌ４ないし各発光領域Ａ１〜Ａ４から発光された光を発散する。
【００４６】
したがって、屈折面４９ｂは、発光素子Ｌ１〜Ｌ４ないし発光領域Ａ１〜Ａ４の並び方向及びレンズ主軸ＬＡＸの延伸方向に沿った断面において、並び方向への座標変位に応じて傾きが連続的に変化している。より詳細に、屈折面４９ｂの傾きは、レンズ主軸ＬＡＸと交差する屈折面４９ｂの頂点からの並び方向への距離増大に伴って、漸次増大するように変化している。本実施形態において、屈折面４９ｂの傾きとは、互いに直交する並び方向座標軸とレンズ主軸ＬＡＸの延伸方向座標軸とにより規定される上述の断面空間において、並び方向座標の微小な変化量に対する延伸方向座標の変化量の絶対値と定義される。
【００４７】
拡散板５０は、光源部４２と画像表示素子３１との間、特に屈折レンズ４８と画像表示素子３１との間の光路上に配置されている。拡散板５０は、例えば透光性の基材に拡散粒子を分散して平板状に形成されている。拡散板５０は、各発光素子Ｌ１〜Ｌ４ないし各発光領域Ａ１〜Ａ４から発光された光であって、屈折面４９ｂに屈折された光を、一括して拡散するように、光路を全面的に覆っている。
【００４８】
そして、拡散板５０が屈折面４９ｂに近接して配置されていることで、屈折面４９ｂによる屈折の直後に、光は拡散される。さらに拡散板５０が光学的開口部３２に近接して配置されていることで、拡散板５０の１点から射出された光については、広い範囲に拡がってしまう前に光学的開口部３２に入射する。
【００４９】
このように、一発光素子Ｌ１〜Ｌ４ないし一発光領域Ａ１〜Ａ４から発せられた光は、対応する凸レンズ素子４７に集光された後、屈折レンズ４８の屈折面４９ｂにて屈折され、さらに拡散板５０で拡散され、光学的開口部３２のうち部分的な領域に到達する。本実施形態においてこの部分的な領域は、発光領域Ａ１〜Ａ４と区別するために画素領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４と称される。各発光素子Ｌ１〜Ｌ４ないし各発光領域Ａ１〜Ａ４から発せられた光は、光学的開口部３２のうち少なくとも一部分が互いに並び方向にずれた画素領域Ｐ１〜Ｐ４を照明する。
【００５０】
各発光領域Ａ１〜Ａ４は、互いに並び方向にずれて重複した部分をもたないのに対し、本実施形態において各画素領域Ｐ１〜Ｐ４は、並び方向に互いに重複する部分を有している。また、各画素領域Ｐ１〜Ｐ４の面積は、互いに比較したときに２倍以下となる範囲に設定されており、本実施形態では実質的に等しく設定されている。
【００５１】
図２に示す制御ユニット６０は、所謂コンピュータであり、少なくとも１つのプロセッサ、メモリ装置、入出力インターフェースを含む電子回路を主体として構成されている。プロセッサは、メモリ装置に記憶されているコンピュータプログラムを実行する演算回路である。メモリ装置は、例えば半導体メモリ、磁気ディスク等によって提供され、プロセッサによって読み取り可能なコンピュータプログラム及びデータを非一時的に格納する非遷移的実体的記録媒体である。
【００５２】
制御ユニット６０は、ＨＵＤ１０内の表示器３０及び凹面鏡２４のステッピングモータ等と通信可能に接続されている。加えて、制御ユニット６０は、車両１の画像生成ＥＣＵ４及びＤＳＭ５等と通信可能に接続されている。なお、制御ユニット６０と各要素との間の通信においては、有線通信、無線通信問わず各種の好適な通信方式が採用され得る。
【００５３】
制御ユニット６０は、画像制御部６１、アイポイント取得部６２、及び出力制御部６３等の制御部を、コンピュータプログラムの実行により実現される機能部として備える。
【００５４】
画像制御部６１は、画像生成ＥＣＵ４が生成した画像データを、映像信号として逐次取得する。そして、画像制御部６１は、表示画面３２ｂに画像が表示されるように、画像表示素子３１を制御する。
【００５５】
アイポイント取得部６２は、ＤＳＭ５によって検出されたアイポイントＥＰの位置情報を、逐次取得する。
【００５６】
出力制御部６３は、照明部４１による発光の出力を制御する。具体的に、出力制御部６３は、複数の発光領域Ａ１〜Ａ４それぞれの発光の出力を個別の値に設定する。換言すると、出力制御部６３は、複数の発光素子Ｌ１〜Ｌ４それぞれの発光の出力を、個別の値に設定する。
【００５７】
本実施形態における発光の出力とは、対象（本実施形態では発光領域Ａ１〜Ａ４）から発光される全光束（単位はルーメン）を意味する。ただし、各発光領域Ａ１〜Ａ４に配置された発光素子Ｌ１〜Ｌ４間で発光効率が互いに等しいとみなせる場合には、各発光素子Ｌ１〜Ｌ４に流す電流を、発光の出力とみなすことができる。
【００５８】
さて、図４に比較例を示すように、仮に出力制御部６３が各発光領域Ａ１〜Ａ４の発光の出力を等しく設定した場合、視認領域ＥＢから視認され得る虚像表示された画像において、画素領域Ｐ１〜Ｐ４間に大きな輝度のばらつきが発生し得る。このばらつきの一因として、光源部４２から射出された光の屈折面４９ｂでの光の損失（すなわちフレネル損失）が挙げられる。すなわち、屈折面４９ｂに入射する光の入射角が小さい、すなわち屈折面４９ｂに対して垂直に近い方向から光が入射する場合では、光の透過率が比較的高く、損失が少ない。対して屈折面４９ｂに入射する光の入射角が大きな場合では、光の透過率が比較的低く、損失が大きくなる。
【００５９】
すなわち、上記傾きに変化のある屈折面４９ｂでは、光源部４２から視認領域ＥＢに到達する光において、発光元の発光領域Ａ１〜Ａ４の間で、フレネル損失の影響度合に差異が発生する。さらに、各発光領域Ａ１〜Ａ４が少なくとも一部分が互いにずれた画素領域Ｐ１〜Ｐ４を照明する構成が採用された本実施形態では、画素領域Ｐ１〜Ｐ４間でフレネル損失の影響度合いがことなるため、画素領域Ｐ１〜Ｐ４間の照度に差異が生じ得る。そして、視認領域ＥＢから光学的開口部３２に形成された表示画面３２ｂと共役である虚像ＶＲＩが視認されるため、当該虚像ＶＲＩにおいても画素領域Ｐ１〜Ｐ４間に輝度のばらつきが発生することが懸念されるのである。
【００６０】
そこで、図５に示すように、本実施形態の出力制御部６３は、虚像表示された画像において屈折率の上記傾きの変化に基づく画素領域Ｐ１〜Ｐ４間の輝度のばらつきを低減するように、複数の発光領域Ａ１〜Ａ４間にて発光の出力を互いに異ならせている。なお、本実施形態では、所謂ローカルディミング制御は実施されないため、各発光領域Ａ１〜４のいずれかが消灯することはなく、各発光領域Ａ１〜Ａ４の点灯状態は維持される。
【００６１】
具体的に、視認領域ＥＢのうち中心部ＥＢＣに乗員のアイポイントＥＰが存在すると仮定した場合を考える。この場合では、乗員の眼の網膜に結像され、虚像ＶＲＩの視認に実際に寄与する光から規定される光学系において、入射瞳の位置ＰＥＰは、光学的開口部３２の中心を貫く屈折レンズ４８のレンズ主軸ＬＡＸの延長線上に構成される。より詳細に、入射瞳の位置ＰＥＰは、光学的開口部３２よりも照明部４１側であって、例えば光学的開口部３２とは光源配置面４３ａを挟んだ反対側に構成される。
【００６２】
したがって、虚像ＶＲＩの視認に実際に寄与する光は、各発光領域Ａ１〜Ａ４から発光された光のうち、レンズ主軸ＬＡＸの延伸方向に沿う光が主体となる。故に、４つの発光領域Ａ１〜Ａ４のうち、内側の２つの発光領域Ａ２，Ａ３からアイポイントＥＰに到達する光は、傾きが小さな屈折面４９ｂの近軸部に、小さな入射角にて入射する。このため、内側の２つの発光領域Ａ２，Ａ３からの光は、屈折面４９ｂでの損失が小さい。故に、内側の２つの発光領域Ａ２，Ａ３に対応する各画素領域Ｐ２，Ｐ３の輝度は、比較的高くなる傾向にある。
【００６３】
一方で、４つの発光領域Ａ１〜Ａ４のうち、外側の２つの発光領域Ａ１，Ａ４からアイポイントＥＰに到達する光は、傾きが大きな屈折面４９ｂの遠軸部に、大きな入射角にて入射する。このため、外側の２つの発光領域Ａ１，Ａ４からの光は、屈折面４９ｂでの損失が大きい。故に、外側の２つの発光領域Ａ１，Ａ４に対応する各画素領域Ｐ１，Ｐ４の輝度は、比較的低くなる傾向にある。
【００６４】
こうした傾向に基づいて、出力制御部６３は、アイポイント取得部６２が取得結果を参照して、アイポイントＥＰが視認領域ＥＢのうち中心部ＥＢＣに位置する場合には、次のようになる。出力制御部６３は、外側の２つの発光領域Ａ１，Ａ４の発光の出力を、内側の２つの発光領域Ａ２，Ａ３の発光の出力に対して大きく設定する。そうすると、画素領域Ｐ１〜Ｐ４間の輝度のばらつきが低減される。
【００６５】
特に本実施形態では、処理の簡略化のために、右眼の位置及び左眼の位置の平均位置を、アイポイントＥＰの位置として、発光の出力が制御される。
【００６６】
また特に本実施形態では、外側の２つの発光領域Ａ１，Ａ４の発光の出力同士は、実質的に等しく設定されている。同様に、内側の２つの発光領域Ａ２，Ａ３の出力同士は、実質的に等しく設定されている。そうすると、左右対称性を有した発光の出力分布が設定されていることとなる。
【００６７】
また具体的に、図６に示すように、中心部ＥＢＣに対してアイポイントＥＰが偏心した場合、より詳細に視認領域ＥＢのうち右端部ＥＢＲに乗員のアイポイントＥＰが存在すると仮定した場合を考える。この場合では、上述の入射瞳の位置ＰＥＰは、屈折レンズ４８のレンズ主軸ＬＡＸの延長線に対して偏心する。位置ＰＥＰの偏心方向は、導光部２１での反射要素による表示光の折り返し形態に応じて変わる。導光部２１に左右方向無反転光学系が採用された本実施形態では、虚像表示される画像においてアイポイントＥＰの偏心方向とは逆方向の画素領域を照明する発光領域側に、位置ＰＥＰが偏心する。アイポイントＥＰの位置が視認領域ＥＢの中心部ＥＢＣに対して右側に偏心したので、位置ＰＥＰは、レンズ主軸ＬＡＸの延長線に対して左側に偏心する。この状況では、発光領域Ａ１〜Ａ４間の屈折面４９ｂでの光の損失影響に左右非対称性が生ずる。
【００６８】
詳細に、虚像ＶＲＩの視認に実際に寄与する光のうち、外側かつ左側の発光領域Ａ１から発光される光は、入射瞳の位置ＰＥＰが左側に偏心して近づいたので、レンズ主軸ＬＡＸの延伸方向に対して比較的小さな角度をなす方向に進行する光である。故に、屈折面４９ｂへの入射角が極端に大きくなることはない。このため、外側かつ左側の画素領域Ｐ１を照明する外側かつ左側の発光領域Ａ１からの光は、屈折面４９ｂでの損失が比較的小さい。さらには、屈折面４９ｂへ発光領域Ａ１からの光が発光ピーク方向ＰＤに近い方向にて入射するので、放射強度の高い光をアイポイントＥＰへ到達させることができる。
【００６９】
一方で、虚像ＶＲＩの視認に実際に寄与する光のうち、外側かつ右側の発光領域Ａ４から発光される光は、入射瞳の位置ＰＥＰが右側に偏心して遠ざかったので、レンズ主軸ＬＡＸの延伸方向に対して比較的大きな角度をなす方向に進行する光である。故に、屈折面４９ｂへの入射角が大きくなる傾向にある。このため、外側かつ右側の画素領域Ｐ４を照明する外側かつ右側の発光領域Ａ４からの光は、屈折面４９ｂでの損失が比較的大きい。さらには、屈折面４９ｂへ発光領域Ａ４からの光が発光ピーク方向ＰＤから乖離した方向にて入射するので、比較的放射強度の低い光だけしかアイポイントＥＰへ到達させることができない。
【００７０】
以上のように、入射瞳の位置ＰＥＰの偏心方向の画素領域Ｐ１にて輝度が高くなり、入射瞳の位置ＰＥＰの偏心方向とは逆方向の画素領域Ｐ４にて輝度が低くなるような輝度バランスの左右非対称性が生ずる。
【００７１】
図７に示すように、こうした傾向に基づいて、出力制御部６３は、アイポイント取得部６２が取得結果を参照して、アイポイントＥＰが視認領域ＥＢのうち右側端ＥＢＲに位置する場合には、次のようになる。出力制御部６３は、左側の発光領域Ａ１から右側の発光領域Ａ４へ向かう程、発光の出力が漸次大きくなるように設定する。左右非対称性を有した発光の出力バランスが設定されていることとなる。こうして画素領域Ｐ１〜Ｐ４間のばらつきが低減される。
【００７２】
また、アイポイントＥＰが視認領域ＥＢのうち中心部ＥＢＣと右端部ＥＢＲとの間に位置する場合には、各発光領域Ａ１〜Ａ４の発光の出力は、それぞれ中心部ＥＢＣでの出力と右端部ＥＢＲでの出力との間の値に設定される。例えば出力制御部６３は、各発光領域Ａ１〜Ａ４について、アイポイントＥＰの中心部ＥＢＣからの偏心距離に基づいて中心部ＥＢＣでの出力の値と右端部ＥＢＲでの出力の値とを線形補間した値を、設定する。
【００７３】
また、視認領域ＥＢのうち左端部ＥＢＬに乗員のアイポイントＥＰが偏心して存在すると仮定した場合においても、上述の説明において左と右とを互いに置換することにより同様に理解できる。
【００７４】
このように、出力制御部６３は、アイポイント取得部６２が取得したアイポイントＥＰの位置（図８のＳ１参照）に基づいて、複数の発光領域Ａ１〜Ａ４間の出力バランスを変更する（図８のＳ２参照）。このとき、各発光領域Ａ１〜Ａ４の発光の出力は、当該発光領域Ａ１〜Ａ４の中心位置から入射瞳の位置ＰＥＰまでの距離が大きい程、大きくなる正の相関を有するように、設定される。
【００７５】
（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に改めて説明する。
【００７６】
第１実施形態によると、互いに並べられた各発光領域Ａ１〜Ａ４から発光された光は、画像表示素子３１の光学的開口部３２のうち、少なくとも一部分が互いにずれた画素領域Ｐ１〜Ｐ４を照明している。故に、各発光領域Ａ１〜Ａ４から発光された光は、傾きが変化している曲面状の屈折面４９ｂにおいて、互いに傾きが異なる部分に入射し得る。そして、屈折面４９ｂの傾きに依存した異なる損失率にて、屈折面４９ｂの各部分で光の損失が発生し得る。ところが、本態様では、複数の発光領域Ａ１間にて発光の出力が互いに異なる制御によって、損失率の違いを補うように、屈折面４９ｂのうち互いに傾きが異なる部分へ入射する前の光量自体を、変えることが可能となる。この結果、画素領域Ｐ１〜Ｐ４間の照明むらが低減され、各画素領域Ｐ１〜Ｐ４に表示される画像の輝度のばらつきも、低減されることとなるのである。
【００７７】
また、第１実施形態によると、視認者としての乗員のアイポイントＥＰの位置に基づいて、複数の発光領域Ａ１〜Ａ４間の出力バランスが変更される。故に、乗員による、虚像表示された画像の視認に実際に寄与する光が屈折面４９ｂで受ける損失の影響に基づいて、画素領域Ｐ１〜Ｐ４間の輝度のばらつきを低減可能となる。このため、乗員のアイポイントＥＰが移動しても、虚像ＶＲＩの視認性を良好に保つことができる。
【００７８】
また、第１実施形態によると、出力バランスの変更においては、アイポイントＥＰの位置が視認領域ＥＢのうち中心部ＥＢＣに位置する場合に、外側の２つの発光領域Ａ１，Ａ４の発光の出力は、内側の２つの発光領域Ａ２，Ａ３の発光の出力よりも大きく設定される。すなわち虚像ＶＲＩを正面視した場合に、外側の画素領域Ｐ１，Ｐ４の輝度が小さくなる傾向を、外側の発光領域Ａ２，Ａ３の発光の出力を大きくすることで埋め合わせできるので、画素領域Ｐ１〜Ｐ４間の輝度のばらつきを一層低減することができる。
【００７９】
また、第１実施形態によると、出力バランスの変更においては、アイポイントＥＰの位置が視認領域ＥＢのうち並び方向に対応する方向の端部ＥＢＬ又はＥＢＲに位置する場合に、各発光領域Ａ１〜Ａ４の発光の出力は、外側の２つの発光領域Ａ１，Ａ４のうち一方の外側発光領域Ａ１又はＡ４から他方の外側発光領域Ａ４又はＡ１へ向かうに従って、漸次増大するように設定される。すなわち虚像ＶＲＩを少し斜めから見た場合に、並び方向に非対称な輝度のアンバランスが生じる傾向を、上記漸次増大設定により埋め合わせできるので、画素領域Ｐ１〜Ｐ４間の輝度のばらつきを一層低減することができる。
【００８０】
また、第１実施形態によると、発光領域Ａ１〜Ａ４の中心から入射瞳の位置ＰＥＰまでの距離と正の相関を有するように、各発光領域Ａ１〜Ａ４の発光の出力が設定される。すなわち、入射瞳の位置ＰＥＰから遠い発光領域Ａ１〜Ａ４程、出力が大きくなるので、光の損失が大きな傾向にある画素領域Ｐ１〜Ｐ４の輝度を相対的に高め、画素領域Ｐ１〜Ｐ４間の輝度のばらつきを一層低減することができる。
【００８１】
また、第１実施形態によると、屈折面４９ｂは、レンズ主軸ＬＡＸが光学的開口部３２の中心を貫通するように配置される。さらに屈折面４９ｂの傾きは、レンズ主軸ＬＡＸと交差する屈折面４９ｂの頂点からの並び方向への距離増大に伴って、漸次増大するように変化している。こうした屈折面４９ｂの構成は、各発光領域Ａ１〜Ａ４から各画素領域Ｐ１〜Ｐ４を照明する光と、光の損失率との関連付けを容易とさせる。したがって、各発光領域Ａ１〜Ａ４間での発光の出力を異ならせることによる画素領域Ｐ１〜Ｐ４間の輝度のばらつきの低減効果を、高めることができる。
【００８２】
また、第１実施形態によると、屈折面４９ｂは、凹面状に形成されている。凹面状の屈折面４９ｂが各発光領域Ａ１〜Ａ４からの光を発散する。故に、視認領域ＥＢを拡大することができる。換言すると、虚像ＶＲＩの視認性を良好に保つことができるアイポイントＥＰの移動範囲を拡大することができる。
【００８３】
また、第１実施形態によると、屈折面４９ｂは、光路を全面的に覆うような単一面状に形成されている。故に、屈折面４９ｂにて乱光の発生を抑制し、照明の効率を高めることができる。
【００８４】
また、第１実施形態によると、発光領域Ａ１〜Ａ４には、互いに密度が等しくなるように発光素子Ｌ１〜Ｌ４が配置され、出力制御部６３は、各発光領域Ａ１〜Ａ４間にて発光素子Ｌ１〜Ｌ４の発光の出力を異ならせる。発光素子Ｌ１〜Ｌ４の発光の出力制御がダイレクトに発光領域Ａ１〜Ａ４の発光の出力制御に対応するので、簡易的な処理にて発光領域Ａ１〜Ａ４の発光の出力を設定することができる。
【００８５】
（第２実施形態）
図９〜１１に示すように、第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。
【００８６】
第２実施形態の表示器３２０には、フライアイレンズ２５２が追加されている。フライアイレンズ２５２は、図９に示すように、アレイレンズ４６と屈折レンズ４８との間の光路上に配置されている。
【００８７】
フライアイレンズ２５２においてアレイレンズ４６側を向く面は、複数の小光源レンズ素子２５３を配列して形成されている（図１０も参照）。複数の小光源レンズ素子２５３は、発光素子Ａ１〜Ａ４が並べられた間隔よりも十分に小さな微小ピッチ（例えば３ｍｍ以下）にて配列され、互いに隙間なく敷き詰められている。複数の小光源レンズ素子２５３は、長手対応方向及び短手対応方向の２方向に、矩形格子状に配列されている。
【００８８】
各小光源レンズ素子２５３は、互いに等しい焦点距離を有している。各小光源レンズ素子２５３の焦点距離の絶対値は、アレイレンズ４６の各凸レンズ素子４７の焦点距離の絶対値及び屈折レンズ４８の焦点距離の絶対値よりも十分に小さく設定されている。
【００８９】
こうした形態により、各小光源レンズ素子２５３は、各発光素子Ｌ１〜Ｌ４から凸レンズ素子４７を経て平行された光を分割して、新たな点状の小光源を構成するように振る舞っている。すなわち、各小光源レンズ素子２５３がこれに入射する光を収束又は発散させることによって、各小光源レンズ素子２５３の近傍に小光源の像点が構成される。こうした仮想的ともいえる小光源の点像が小さなピッチで配列されているので、複数の小光源レンズ素子２５３は、全体として、仮想的な面状光源をつくり出すように機能している。
【００９０】
各発光素子Ｌ１〜Ｌ４ないし各発光領域Ａ１〜Ａ４は、個別に対応する凸レンズ素子４７を通じてフライアイレンズ２５２を照明する。このため、各発光素子Ｌ１〜Ｌ４ないし各発光領域Ａ１〜Ａ４は、小光源レンズ素子２５３による仮想的な面状光源において、少なくとも一部分が互いに並び方向にずれた部分的領域を、照明する。そして、各部分的領域から発せられた光は、光学的開口部３２のうち少なくとも一部分が互いに並び方向にずれた画素領域Ｐ１〜Ｐ４を照明する。したがって第２実施形態においても、各発光素子Ｌ１〜Ｌ４ないし各発光領域Ａ１〜Ａ４から発せられた光は、光学的開口部３２のうち少なくとも一部分が互いに並び方向にずれた画素領域Ｐ１〜Ｐ４を照明する。こうして第１実施形態と同様に、各発光領域Ａ１〜Ａ４と各画素領域Ｐ１〜Ｐ４との個別対応関係が生じている。
【００９１】
特に本実施形態では、小光源レンズ素子２５３は、アレイレンズ４６側（換言すると光源部側）に凸となる凸トロイダル面状に形成されている。ただし、小光源レンズ素子２５３は、凹トロイダル面状に形成されていてもよい。また、小光源レンズ素子２５３は、球面状、回転対称性を有する非球面状、シリンドリカル面状等に形成されていてもよい。
【００９２】
また、本実施形態ではフライアイレンズ２５２において屈折レンズ４８側を向く面２５４が長手対応方向に沿った母線を有する凸シリンドリカル面状に形成されている。ただし、面２５４は、凹シリンドリカル面状、球面状、回転対称性を有する非球面状、平面状等に形成されていてもよい。
【００９３】
また、第２実施形態の屈折レンズ２４８は、第１実施形態の屈折レンズ４８とは異なる形状を呈している。具体的に屈折レンズ２４８において、フライアイレンズ２５２側を向く面は、拡散板５０側へ凹む凹面状の屈折面２４８ａであって、フレネルレンズ状に分割されて形成されている（図１１も参照）。より詳細に、屈折面２４８ａは、短手対応方向に延伸する母線を有する凹シリンドリカル面状となっているため、互いに長手対応方向に分割された複数の分割面により構成されている。こうした複数の分割面により、光路が全面的に覆われている。このように複数の分割面により構成された屈折面２４８ａにおいても、発光素子Ｌ１〜Ｌ４ないし発光領域Ａ１〜Ａ４の並び方向に沿った断面において、傾きが連続的に変化しているといえる。
【００９４】
また、屈折レンズ２４８において、拡散板５０側を向く面は、長手対応方向に母線を有する凸シリンドリカル面状となっている。
【００９５】
以上説明した第２実施形態によると、光源部４２と画像表示素子３１との間の光路上に配置されたフライアイレンズ２５２において、各小光源レンズ素子２５３が各発光領域Ａ１〜Ａ４から入射する光を分割して、新たな小光源を構成するように振る舞う。小光源の配列が各発光領域Ａ１〜４との関係性を残存させつつ、光源部４２を再構成するため、照明の品質を格段に高めることができる。
【００９６】
また、第２実施形態によると、屈折面２４８ａは、フレネルレンズ状に複数の分割面に分割され、複数の分割面が光路を全面的に覆っている。したがって、屈折面２４８ａに期待される屈折機能を発揮させつつ、屈折レンズ２４８を薄型化可能とすることができる。
【００９７】
（第３実施形態）
図１２に示すように、第３実施形態は第１実施形態の変形例である。第３実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。
【００９８】
第３実施形態の表示器３３０では、視認領域ＥＢのうち中心部ＥＢＣに乗員のアイポイントＥＰが存在するという前提にて、各発光領域Ａ１〜Ａ４の発光の出力が固定されている。すなわち、第３実施形態においては、アイポイント取得部６２が設けられず、出力制御部６３は、複数の発光領域Ａ１〜Ａ４間の出力バランスを、アイポイントＥＰの位置に依らずに設定している。
【００９９】
具体的に、出力制御部６３は、外側の２つの発光領域Ａ１，Ａ４の発光の出力を、内側の２つの発光領域Ａ２，Ａ３の発光の出力に対して大きく設定している。外側の２つの発光領域Ａ１，Ａ４の発光の出力同士は、実質的に等しく設定されている。同様に、内側の２つの発光領域Ａ２，Ａ３の出力同士は、実質的に等しく設定されている。そうすると、左右対称性を有した発光の出力バランスが設定されていることとなる。
【０１００】
第３実施形態では、各発光領域Ａ１〜Ａ４の中心に１つの発光素子Ｌ１〜Ｌ４が配置されているので、実際には、外側の２つの発光素子Ｌ１，Ｌ４の発光の出力が、内側の２つの発光素子Ｌ２，Ｌ３の発光の出力に対して大きく設定されていることになる。
【０１０１】
以上説明した第３実施形態によると、外側の２つの発光領域Ａ１，Ａ４の発光の出力は、内側の２つの発光領域Ａ２，Ａ３の発光の出力よりも大きく設定される。すなわち虚像ＶＲＩを視認頻度の高い正面視にて視認した場合に、外側の画素領域Ｐ１，Ｐ２の輝度が小さくなる傾向を、外側の発光領域Ａ１，Ａ４の発光の出力を大きくすることで埋め合わせできる。したがって、画素領域Ｐ１〜Ｐ４間の輝度のばらつきの低減効果を実感され易いＨＵＤ１０を提供することができる。
【０１０２】
（第４実施形態）
図１３に示すように、第４実施形態は第３実施形態の変形例である。第４実施形態について、第３実施形態とは異なる点を中心に説明する。
【０１０３】
第４実施形態の表示器４３０においても、第３実施形態と同様に、視認領域ＥＢのうち中心部ＥＢＣに乗員のアイポイントＥＰが存在するという前提にて、各発光領域Ａ１〜Ａ４の発光の出力が固定されている。
【０１０４】
ただし、第４実施形態では、実質的に、各発光素子Ｌ１〜Ｌ４の発光の出力は等しく設定されている。一方で、外側の２つの発光領域Ａ１，Ａ４の発光素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ４ａ，Ｌ４ｂの配置密度が、内側の２つの発光領域Ａ２，Ａ３の発光素子Ｌ２，Ｌ３の配置密度よりも大きく設定されている。具体的に、内側の発光領域Ａ２，Ａ３は、それぞれ１つの発光素子Ｌ２，Ｌ３を包含しているのに対し、外側の発光領域Ａ１，Ａ４は、それぞれ２つの発光素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ４ａ，Ｌ４ｂを包含している。こうした配置密度の差によって、複数の発光領域Ａ１〜Ａ４間にて発光の出力を互いに異ならせることが可能となっている。
【０１０５】
以上説明した第４実施形態によると、各発光領域Ａ１〜Ａ４には、互いに密度が異なるように発光素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ａ，Ｌ４ｂが配置されている。このようにすると、各発光素子Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ａ，Ｌ４ｂの出力が異なるように制御する必要性を低減して、発光の出力が互いに異なる発光領域Ａ１〜Ａ４を容易に構成することができる。
【０１０６】
（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
【０１０７】
具体的に変形例１としては、光源配置面４３ａにおける発光領域Ａ１〜Ａ４の数は、３つでもよく、５つ以上でもよい。これに合わせ、発光素子Ｌ１〜Ｌ４の数を適宜変更することができる。
【０１０８】
変形例２としては、発光素子Ｌ１〜Ｌ４は、例えば矩形格子状に、２次元に配列されていてもよい。この場合に発光領域Ａ１〜Ａ４は、２次元的に並べられていてもよい。
【０１０９】
変形例３としては、光源部４２は、１つのＯＬＥＤ（Organic Light-Emitting Diode）照明パネルの発光面を、制御的に複数の発光領域Ａ１〜Ａ４に分割して構成される。そして光源部４２は、各発光領域Ａ１〜Ａ４の発光の出力を独立して設定可能に構成されることで、実現されていてもよい。
【０１１０】
変形例４としては、各発光領域Ａ１〜Ａ４から発光された光を一括に屈折する屈折面であって、発光領域Ａ１〜Ａ４の並び方向に沿った断面において、並び方向に対する傾きが変化している曲面状に形成されている屈折面４９ｂは、凸面状に形成されていてもよい。この場合においても、もちろん、屈折面４９ｂは、フレネルレンズ状に分割されて形成されていてもよい。
【０１１１】
変形例５としては、第１実施形態におけるアイポイントＥＰの位置に基づいて出力バランスを変更する制御に、ローカルディミング制御が組み合わされていてもよい。すなわち、出力制御部６３は、一発光領域Ａ１〜Ａ４が照明する画素領域において、表示コンテンツが配置されない場合には、当該発光領域Ａ１〜Ａ４だけを消灯してもよい。
【０１１２】
変形例６としては、各画素領域Ｐ１〜Ｐ４は、互いに並び方向にずれて重複した部分をもたなくてもよい。
【０１１３】
変形例７としては、アイポイントＥＰを位置検出するアイポイント検出部がＨＵＤ１０内に組み込まれていてもよい。
【０１１４】
変形例８としては、導光部２１には、１つの凹面鏡からなる構成、１つの凸面鏡と１つの凹面鏡とを組み合わせた構成等を採用することもできる。また、導光部２１には、虚像表示される画像が表示画面３２ｂに対して左右反転される左右方向反転光学系が採用されてもよい。また、導光部２１自体が設けられず、表示画面３２ｂからの光が投影部３ａへ直接的に入射する構成を採用することもできる。
【０１１５】
変形例９としては、制御ユニット６０による処理のうち少なくとも一部は、古典的なアナログ回路、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等によってハードウエア的に実現されてもよい。また制御ユニット６０による処理のうち少なくとも一部は、ニューラルネットワークを用いた人工知能アルゴリズムによって実現されてもよい。
【０１１６】
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置及びその手法は、専用ハードウエア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置及びその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと一つ以上のハードウエア論理回路との組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
【符号の説明】
【０１１７】
３１：画像表示素子、３２：光学的開口部、４１：照明部、４２：光源部、４８，２４８：屈折レンズ、４９ｂ，２４８ａ：屈折面、６３：出力制御部、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４：発光領域、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４：画素領域
【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】
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【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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