(57)【要約】【課題】  環境変化や経時等による画像品質低下を抑制できる表示装置を提供する。【解決手段】  光源と、光源から出射された光を偏向して主走査方向および副走査方向に走査する光偏向部と、走査された光である走査光により走査されるスクリーンと、走査光を検知する受光素子と、を有し、受光素子は、所定周期毎に走査光により二次元走査される領域である走査領域内の互いに副走査方向に異なる位置を含む第一の領域および第二の領域のそれぞれにおいて走査光を検出し、受光素子に検出される走査光の主走査方向の走査軌跡である走査線の第一の領域および第二の領域における本数に応じて、走査領域における走査光の副走査方向の位置を異ならせる表示装置である。【選択図】図１３
2020129087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された光を偏向して主走査方向および副走査方向に走査する光偏向部と、
前記走査された光である走査光により走査されるスクリーンと、
前記走査光を検知する受光素子と、を有し、
前記受光素子は、所定周期毎に前記走査光により二次元走査される領域である走査領域内の互いに前記副走査方向に異なる位置を含む第一の領域および第二の領域のそれぞれにおいて前記走査光を検出し、
前記受光素子に検出される前記走査光の前記主走査方向の走査軌跡である走査線の前記第一の領域および第二の領域における本数に応じて、前記走査領域における前記走査光の前記副走査方向の位置を異ならせる表示装置。
【請求項２】
前記走査領域内に形成される画像の、前記副走査方向の位置を異ならせる請求項１の表示装置。
【請求項３】
前記走査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１または２いずれかの表示装置。
【請求項４】
前記第一の領域および前記第二の領域は、前記受光素子の前記副走査方向の両端部のうち、いずれか一方の端部を含む請求項１ないし３いずれか一項の表示装置。
【請求項５】
前記第一の領域および前記第二の領域は、前記走査領域のうち、表示画像が形成される領域である表示画像領域に含まれない領域であって、前記主走査方向の幅が前記受光素子の幅よりも大きい領域である請求項１ないし４いずれかの表示装置。
【請求項６】
前記受光素子は一つの受光素子である請求項１ないし５いずれか一項の表示装置。
【請求項７】
前記第一の領域を走査する前記走査光を検出する第一の受光素子と、前記第二の領域を走査する走査光を検出する第二の受光素子とを有する請求項１ないし５いずれか一項の表示装置。
【請求項８】
前記第一の受光素子と前記第二の受光素子が前記副走査方向に異なる位置に配置される請求項７の表示装置。
【請求項９】
前記第一の受光素子と前記第二の受光素子が前記副走査方向に同じ位置に配置される請求項７の表示装置。
【請求項１０】
前記第一の受光素子と前記第二の受光素子は、同じ形状であり、前記走査領域で同じ向きに配置される請求項７ないし９いずれか一項の表示装置。
【請求項１１】
前記光偏向部は、
前記所定周期毎に、前記第一の領域と前記第二の領域とのいずれを走査するときに前記光源を点灯するかを切り替える請求項１ないし１０いずれか一項の表示装置。
【請求項１２】
前記第一の領域が前記第一の受光素子の前記副走査方向の両端部のうち、副走査方向の開始側に近い端部を含み、前記第二の領域が前記第二の受光素子の前記副走査方向の両端部のうち、副走査方向の開始側に遠い端部を含むとき、
前記第一の領域における走査線の本数の、所定本数からの変動量と、前記第二の領域における走査線の本数の、所定本数からの変動量との和が一定値となるように前記副走査方向の画像サイズを異ならせる請求項１ないし１１いずれか一項の表示装置。
【請求項１３】
前記第一の領域が前記第一の受光素子の前記副走査方向の両端部のうち、副走査方向の開始側に近い端部または遠い端部を含み、前記第二の領域が前記第二の受光素子の前記副走査方向の両端部のうち、副走査方向の開始側に対し、前記第一の領域と同じ側の端部を含むとき、
前記第一の領域における走査線の本数の、所定本数からの変動量と、前記第二の領域における走査線の本数の、所定本数からの変動量との差が一定値となるように前記副走査方向の画像サイズを異ならせる請求項１ないし１１いずれか一項の表示装置。
【請求項１４】
前記第一の領域における走査線の本数の、所定本数からの変動量と、前記第二の領域における走査線の本数の、所定本数からの変動量のそれぞれに対して、前記第一の領域に含まれる前記受光素子の前記副走査方向の一端部及び前記第二の領域に含まれる前記受光素子の前記副走査方向の前記一端部と反対側の端部の位置に応じたパラメータを乗じた値に基づき前記副走査方向の画像形成位置を変更する請求項１ないし１３いずれか一項の表示装置。
【請求項１５】
前記第一の領域又は前記第二の領域における走査線受光本数の変動量に基づき、前記副走査方向の画像形成位置を制御することを特徴とする請求項１ないし１３いずれか一項の表示装置。
【請求項１６】
光源と、
前記光源から出射された光を偏向して主走査方向および副走査方向に走査する光偏向部と、
前記走査された光である走査光により走査されるスクリーンと、
前記走査光を検知する受光素子と、を有し、
前記受光素子は、所定周期毎に二次元走査される領域である走査領域に配置され、前記走査領域内の互いに前記副走査方向に異なる位置を含む第一の領域および第二の領域のそれぞれにおいて前記走査光を検出し、
前記第一の領域が走査される時間に前記受光素子から受信信号が出力される回数と、  前記第二の領域を走査する時間に前記受光素子から受光信号が出力される回数とに応じて、前記走査領域における前記走査光の前記副走査方向の位置を異ならせる表示装置。
【請求項１７】
前記スクリーンは、前記スクリーン上を走査された前記走査光を発散させる発散部材であり、
発散された前記発散光を投射して前記画像に対応する虚像を結像する結像光学系と、を有し、
前記発散部材によって発散された発散光によって観察者に視認させる虚像を形成する請求項１ないし１６いずれか一項の表示装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の表示装置と、
前記発散部材から発散された発散光を反射させる反射部材と、を有する表示システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の表示システムを有し、
前記反射部材は、前記発散光を反射させるフロントガラスである移動体。
【請求項２０】
光源と、
前記光源から出射された光を主走査方向および副走査方向に走査する光偏向部と、
前記走査された光である走査光により走査されるスクリーンと、
前記走査光を受光する受光素子と、を有し、
前記受光素子は、所定周期毎に二次元走査される領域である走査領域に配置され、互いに前記副走査方向に異なる位置を含む第一の領域および第二の領域のそれぞれにおいて前記走査光を検出する表示装置による表示を制御する表示制御方法であって、
前記受光素子に検出される前記走査光の前記主走査方向の走査軌跡である走査線の前記第一の領域および第二の領域における本数を検出する検出ステップと、前記本数に応じて、前記走査領域における前記走査光の前記副走査方向の位置を変更する走査位置変更ステップとを含む表示制御方法。
【請求項２１】
コンピュータに、請求項２０に記載の方法を実行させるための表示制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、表示システム、移動体、表示制御方法および表示制御プログラムに関する。
【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】
例えば、特許文献１には、エリアセンサやＶ字状スリット付き受光素子を用いて副走査方向の走査について２箇所で走査位置を検出し、走査振幅を検出する二次元走査装置が記載されている。
【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画像品質低下を抑制できる表示装置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】
上記課題を解決するために、請求項１にかかる発明は、光源と、前記光源から出射された光を偏向して主走査方向および副走査方向に走査する光偏向部と、前記走査された光である走査光により走査されるスクリーンと、前記走査光を検知する受光素子と、を有し、前記受光素子は、所定周期毎に前記走査光により二次元走査される領域である走査領域内の互いに前記副走査方向に異なる位置を含む第一の領域および第二の領域のそれぞれにおいて前記走査光を検出し、前記受光素子に検出される前記走査光の前記主走査方向の走査軌跡である走査線の前記第一の領域および第二の領域における本数に応じて、前記走査領域における前記走査光の前記副走査方向の位置を異ならせる表示装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、環境変化や経時等による画像品質低下を抑制できる表示装置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の実施形態に係る画像補正構成図である。
【図１４】走査位置検出についての説明するための図である。
【図１５】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１６】画像サイズ補正について説明する図である。
【図１７】画像位置補正について説明する図である。
【図１８】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１９】第１の実施形態の受光素子の位置の第一の変形例である。
【図２０】第１の実施形態の受光素子の位置の第二の変形例である。
【図２１】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２２】画像位置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２３】画像補正制御を利用した画像表示制御の例を説明するためのフローチャートである。
【図２４】第２の実施形態に係る画像補正構成を示す図である。
【図２５】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２６】スクリーンのホルダの正面図である。
【図２７】スクリーンのホルダの斜視図である。
【図２８】第３の実施形態に係る画像補正構成図である。
【図２９】第１の実施形態の表示画像領域の詳細を示す図である。
【図３０】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３１】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３２】第１〜３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。
【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。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。
【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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
図１４（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１４（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１４（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。
【００８９】
図１４（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１５（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。
【００９０】
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。
【００９１】
図１５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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
図１６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。
【０１０２】
図１６（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。
【０１０３】
図１６（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。
【０１０４】
図１６（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１６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。
【０１０５】
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１６（ａ）の初期状態から図１６（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△ＮＡは、△ＮＡ＝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１６（ａ）の初期状態から図１６（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△ＮＢは、△ＮＢ=ＮＢ´−ＮＢである。これらの和△ＮＡ＋△ＮＢ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。△ＮＡ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、△ＮＢ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。
【０１０６】
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△ＮＡ＋△ＮＢ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。
【０１０７】
図１７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。
【０１０８】
図１７（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。
【０１０９】
図１７（ｂ）は、初期状態から副走査方向の画像位置が−Ｙ’方向に△Ｙ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。
【０１１０】
図１７において、前述の図１６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。
【０１１１】
図１６及び図１７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。
【０１１２】
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△Ｙ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−△Ｙ＝Ａ”、Ｂ＋△Ｙ＝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。
【０１１３】
これより、前述したように、画像サイズ変動の制御時には、△ＮＡ＋△ＮＢ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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
△ＮＡ＝α（ｈａ）＋△ＮＹ  ・・・（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１７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。△ＮＹは、画像位置が△Ｙ変動したときに生じる走査線受光本数である。
【０１１６】
前述のように、△ＮＡ＋△ＮＢ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。
【０１１７】
△ＮＡ＋△ＮＢ＝α（ｈａ）−α（ｈｂ）・・・（式２）
（式１）、（式２）より、
△ＮＹ＝△ＮＡ−｛（△ＮＡ＋△ＮＢ）／（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。
【０１１８】
△ＮＹ＝△ＮＡ×（１−Ｋ）−△ＮＢ×Ｋ・・・（式４）
【０１１９】
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。
【０１２０】
図１８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１８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１８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。
【０１２１】
（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。
【０１２２】
例えば、図１８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△ＮＢ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。
【０１２３】
図１９は、第１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１３に限定されるものでなく、図１９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。
【０１２４】
図２０は、第１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。
【０１２５】
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２０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。
【０１２６】
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△ＮＡ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△ＮＢの差△ＮＡ−△ＮＢ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。
【０１２７】
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△ＮＡ−△ＮＢ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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
図２１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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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、△ＮＡ＋△ＮＢを算出する(Ｓ１３)。
【０１３３】
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△ＮＡ＋△ＮＢ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。
【０１３４】
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△ＮＡ＋△ＮＢ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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
図２２は、画像位置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位置の調整が行われる。
【０１３７】
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（Ｓ２１）、検知用画像を形成する。
【０１３８】
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(Ｓ２２)。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。
【０１３９】
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、画像位置変動量を算出する(Ｓ２３)。このときの算出式は、前述の（式４）や、後述の（式５）、（式６）などである。
【０１４０】
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画像位置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(Ｓ２４)。一方ステップＳ２４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Ｓ２５に進む。
【０１４１】
すると光源装置制御部１７１２は、走査位置変更ステップＳ２５として、画像位置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（Ｓ２５）。一例として、ステップＳ２４で算出した差に基づいて、画像情報に対する光源装置１１の発光タイミング調整を行い、調整された画像情報を光源装置１１へ出力する。光源装置１１はこの調整された画像情報に基づきレーザーを点灯することで、画像位置の調整が行われる。
【０１４２】
このように一定フレーム間隔で画像位置を調整することで適切な画像表示が可能となる。
【０１４３】
次に図２３は、画像サイズ調整処理および画像位置調整処理を利用した画像表示制御を説明するフローチャートである。
【０１４４】
本フローは、一例として、画像入力部１７２から画像が入力されるとスタートするフローである。制御部１７は、まず画像サイズ調整処理を実行する（Ｓ１０１）。画像サイズ調整処理は、一例として、図２１で説明した画像サイズ調整処理フローである。そして引き続き入力画像が有るかを判断する（Ｓ１０２）。
【０１４５】
ステップＳ１０２で入力画像がある場合（Ｙｅｓの場合）、制御部１７はステップＳ１０３に進み、画像位置調整処理を実行する（Ｓ１０３）。画像位置調整処置は、一例として図２２で説明した画像位置調整処理フローである。ステップＳ１０２で入力画像が無い場合（Ｎｏの場合）、本フローは終了する。
【０１４６】
ステップＳ１０３の処理が終了すると、制御部１７が、引き続き入力画像があるかを判断する（Ｓ１０４）。ステップＳ１０４で入力画像がある場合（Ｙｅｓの場合）はステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０４で入力画像が無い場合（Ｎｏの場合）、本フローは終了する。
【０１４７】
このように図２１のような画像サイズ調整処理と図２２のような画像位置調整処理を一定の走査フレーム間隔で実施する。これにより、高品質な画像表示を可能とする画像表示装置を提供することができる。
【０１４８】
なお図２３は、副走査周期間隔、つまり１走査毎に交互に画像位置調整と画像サイズ調整を行う例であるがこれに限られない。例えば、２副走査周期間隔、つまり連続した２回の副走査で画像位置調整処理を実行し、次の２回の副走査は画像サイズ調整を実行する等してもよい。また１回の副走査については画像位置調整、次の連続した２回の副走査については画像サイズ調整を実行する、等してもよい。
【０１４９】
このように、１走査フレームにおける画像サイズ調整と画像位置調整を、所定の走査フレーム間隔で繰り返すことにより、高品質な画像表示が可能となる。
【０１５０】
以上のように、本実施形態では、互いに副走査方向に異なる位置を含む第一の領域および第二の領域それぞれにおける走査光の本数に基づいて走査光の副走査位置を異ならせている。その結果、走査領域内に形成される画像の副走査方向の位置を異ならせ、観察者３によって視認される表示画像の副走査方向の位置も異ならせることができる。また、走査領域内に形成される画像の副走査方向の位置を異ならせ、観察者３によって視認される表示画像の副走査方向のサイズを異ならせることができる。つまり、走査線が副走査方向にずれることに起因する画像品質低下を抑制できる。またエリアセンサ等の高価な検出器を用いることなく適切に画像調整を行うことができる。
【０１５１】
図２４は第２の実施形態に係る補正処理の構成図である。第１の実施形態では、図１３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２の実施形態では、図２４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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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２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。
【０１５４】
すなわち、第２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。
【０１５５】
△ＮＹ＝△ＮＡ      （式５）
もしくは
△ＮＹ＝△ＮＢ×−１      （式６）
【０１５６】
ここで、図２５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２５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２５（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２５（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。
【０１５７】
図２５（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。
【０１５８】
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２５（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。
【０１５９】
一方図２５（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。
【０１６０】
図２５（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２５（ｂ）の場合は（式４）を用いないため図２５（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。
【０１６１】
つまり図２５（ａ）と図２５（ｂ）とでは、図２５（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２５（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２５（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。
【０１６２】
なお、（式５）もしくは（式６）を用いる手法は、第一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。
【０１６３】
図２６、図２７は、スクリーンホルダの一例である。図２６はユニット筐体１２の一部としてのホルダ１２１の平面図、図２７は図２６の反対側から見た斜視図である。
【０１６４】
図２６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２７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。
【０１６５】
図２８は、図２４は第３の実施形態に係る補正処理の構成図である。第１の実施形態及び第２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３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。
【０１６６】
図２８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。
【０１６７】
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１の実施形態や第２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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
図２９ないし図３１は、本発明の第１〜第３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。
【０１７０】
なお、図２９、図３０、図３１はそれぞれ、第１、第２、第３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１３と図２９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１３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２９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１の実施形態の構成において、表示画像領域１５Ｒ１は、最大図２９に示される大きさにできるが、図１４のように図２９よりは狭い表示画像領域１５Ｒ１を選択してもよい。
【０１７１】
図３２は、図２９〜３１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１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２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３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。
【０１７２】
また第１の実施形態、第２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。
【０１７３】
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】
【０１７４】
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
Ｇ    検知用画像領域
Ｇ１    検知用画像領域（第一の領域の一例）
Ｇ２    検知用画像領域（第二の領域の一例）
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
６１Ａ    第一の受光素子
６１Ｂ    第二の受光素子
９０    筐体
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１７５】
【特許文献１】特開２００９−１８０７５３号公報
【図１】
2020129087.tif 000003
【図２】
2020129087.tif 000004
【図３】
2020129087.tif 000005
【図４】
2020129087.tif 000006
【図５】
2020129087.tif 000007
【図６】
2020129087.tif 000008
【図７】
2020129087.tif 000009
【図８】
2020129087.tif 000010
【図９】
2020129087.tif 000011
【図１０】
2020129087.tif 000012
【図１１】
2020129087.tif 000013
【図１２】
2020129087.tif 000014
【図１３】
2020129087.tif 000015
【図１４】
2020129087.tif 000016
【図１５】
2020129087.tif 000017
【図１６】
2020129087.tif 000018
【図１７】
2020129087.tif 000019
【図１８】
2020129087.tif 000020
【図１９】
2020129087.tif 000021
【図２０】
2020129087.tif 000022
【図２１】
2020129087.tif 000023
【図２２】
2020129087.tif 000024
【図２３】
2020129087.tif 000025
【図２４】
2020129087.tif 000026
【図２５】
2020129087.tif 000027
【図２６】
2020129087.tif 000028
【図２７】
2020129087.tif 000029
【図２８】
2020129087.tif 000030
【図２９】
2020129087.tif 000031
【図３０】
2020129087.tif 000032
【図３１】
2020129087.tif 000033
【図３２】
2020129087.tif 000034