(57)【要約】【課題】画像の虚像表示に際して、姿勢変化に対する応答性が良好である虚像表示装置を提供する。【解決手段】虚像表示装置としてのＨＵＤは、車両に搭載されるように構成され、車両外の風景に重畳するように、画像を虚像表示する。ＨＵＤは、光ビームを発する光源部と、入力される電圧波形に応じた走査範囲ＳＲにて、光源部から入射する光ビームを走査し、画像を描画する光走査部と、電圧波形を光走査部へ出力して、光走査部を駆動させる駆動制御部と、を備える。駆動制御部は、車両に生じる姿勢変化の情報を取得し、姿勢変化に起因する画像の風景に対する位置ずれが低減されるように、電圧波形における電圧値を補正する。【選択図】図５
2020190617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両（１）に搭載されるように構成され、前記車両外の風景に重畳するように、画像を虚像表示する虚像表示装置であって、
光ビームを発する光源部（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）と、
入力される電圧波形に応じた走査範囲（ＳＲ）にて、前記光源部から入射する前記光ビームを走査し、前記画像を描画する光走査部（２６）と、
前記電圧波形を前記光走査部へ出力して、前記光走査部を駆動させる駆動制御部（３１）と、を備え、
前記駆動制御部は、前記車両に生じる姿勢変化の情報を取得し、前記姿勢変化に起因する前記画像の前記風景に対する位置ずれが低減されるように、前記電圧波形における電圧値を補正する虚像表示装置。
【請求項２】
前記光走査部において、前記車両の鉛直方向（ＶＤ）に対応する方向（ＳＤ）での駆動は、前記電圧値が瞬時振幅を決定する強制駆動であり、
前記駆動制御部は、前記姿勢変化としての前記車両の前記鉛直方向の前記位置ずれを低減するように、前記強制駆動の前記電圧波形における前記電圧値を補正する請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記画像の１フレーム毎に前記車両の前記鉛直方向の位置ずれを相殺するオフセット値を算出し、前記１フレームの描画の間、前記電圧値を前記オフセット値だけオフセットして前記走査範囲を前記鉛直方向に対応する方向にずらす請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記駆動制御部は、前記画像の前記１フレームの描画に並行して、次の前記１フレームにおける前記電圧値を補正する処理を実行する請求項３に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記駆動制御部は、前記姿勢変化を検出する検出部（４１）を有する請求項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】
前記姿勢変化を検出する検出部（４１）と、
前記検出部による検出結果をフィルタリングする処理部（４２）と、をさらに備え、
前記駆動制御部は、前記処理部によりフィルタリングされた後の情報を、前記姿勢変化の情報として、取得する請求項１から４のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書による開示は、虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されるように構成され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、車両外の風景に重畳するように、画像を虚像表示する。ＣＰＵは、フロントカメラの撮影画像又はサスペンションの動作情報に基づいて、車両に生じる姿勢変化を取得する。また、ＣＰＵは、姿勢変化の情報に応じて第１映像の表示位置を新たに算出し、当該表示位置に第１映像を表示するようにプロジェクタを制御する。一方、ＣＰＵは、第２映像の表示位置を補正しない。また、プロジェクタとしては、レーザ走査式プロジェクタが採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−９４８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、プロジェクタをどのように制御するかは示されていない。この点、特許文献１では、第１映像に加え、姿勢変化に応じて表示位置が補正されない第２映像も表示しなければならないので、レーザ走査式プロジェクタでは固定された走査範囲が設定され、当該走査範囲に対する第１映像の相対的な表示位置を移動させていると考察される。
【０００５】
しかしながら、走査範囲を固定する場合では、第１映像の表示位置の移動を考慮した大きめの走査範囲を、予め設定しておく必要がある。故に、走査は実施されるものの、実際に画像が描画されない無駄な範囲が増えてしまう。この結果、１フレーム当たりの描画時間が増加する。したがって、車両の姿勢変化が虚像表示に反映されるまでの応答性が良好でない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、画像の虚像表示に際して、姿勢変化に対する応答性が良好である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、車両（１）に搭載されるように構成され、車両外の風景に重畳するように、画像を虚像表示する虚像表示装置であって、
光ビームを発する光源部（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）と、
入力される電圧波形に応じた走査範囲（ＳＲ）にて、光源部から入射する光ビームを走査し、画像を描画する光走査部（２６）と、
電圧波形を光走査部へ出力して、光走査部を駆動させる駆動制御部（３１）と、を備え、
駆動制御部は、車両に生じる姿勢変化の情報を取得し、姿勢変化に起因する画像の風景に対する位置ずれが低減されるように、電圧波形における電圧値を補正する。
【０００８】
このような態様によると、車両の姿勢変化に起因して、車両外の風景に対して虚像表示される画像に想定される位置ずれは、光走査部に入力する電圧波形における電圧値の補正によって低減される。すなわち、光走査部では、電圧値の補正によって光ビームの投射方向が直接的に補正される。故に、情報処理に係るバファリング等の処理時間を不要とする、あるいは抑制することができる。
【０００９】
さらには、電圧波形の変更によって光ビームが走査される走査範囲自体が変更される。このため予め画像の表示位置の移動を考慮した大きめの走査範囲を設定する必要性が低減され、走査は実施されるものの、実際には画像が描画されない無駄な範囲の発生を抑制することができる。換言すれば、１フレーム当たりの描画時間の増加を抑制することができる。以上により、姿勢変化に対する応答性が良好である虚像表示装置を提供することができる。
【００１０】
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】
【００１１】
【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実施形態のＨＵＤの制御に関する構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態のレーザ走査モジュール及びスクリーンにおける光学系を説明するための図である。
【図４】第１実施形態の光走査部を拡大して示す正面図である。
【図５】第１実施形態の強制駆動走査ドライバによる電圧波形、及び当該電圧波形と走査範囲との関係を説明するための図である。
【図６】第１実施形態の振動による画像の位置ずれを説明するための図である。
【図７】第１実施形態の姿勢変化の情報の取得と電圧波形の補正との関係を説明するためのタイムチャートである。
【図８】変形例１のうち一例における図２に対応する図である。
【図９】変形例１のうち他の一例における図２に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
（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のインストルメントパネル２に搭載されるように構成されてい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へ向けて画像を投射する。これにより、ＨＵＤ１０は、画像を、視認者としての車両１の乗員により視認可能に虚像ＶＲＩとして表示する。特に本実施形態では、乗員は、ウインドシールド越しに、車両１外の風景と重畳するような虚像ＶＲＩを視認することができる。すなわち、ＨＵＤ１０による虚像ＶＲＩは、例えば路面又は建物等と重畳する表示コンテンツにより、現実を拡張する拡張現実（Augmented Reality；ＡＲ）表示を含んでいる。
【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、水平面上の車両１を基準として記載される。また、車両１が水平面上に存在する場合において、水平面に平行な方向は、水平方向ＨＤと定義され、水平面に垂直な方向は、鉛直方向ＶＤと定義される。
【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明部材であり、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いる。なお、画像は、ウインドシールド３ではなく、車両１と別体となって車両１内に設置されたコンバイナに、投射されてもよい。
【００１６】
図２に示すように、車両１には、画像生成ＥＣＵ（Electric Control Unit）４が搭載されている。画像生成ＥＣＵ４は、いわゆる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ないし磁気ディスクによって提供され、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。
【００１７】
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。画像生成ＥＣＵ４は、生成した画像データをＨＵＤ１０へ向けて逐次出力する。
【００１８】
ＨＵＤ１０は、図１〜３に示すように、レーザ走査モジュール２１、スクリーン１３、導光部１５及び制御ユニット１７等により構成されている。こうしたレーザ走査モジュール２１、スクリーン１３、導光部１５及び制御ユニット１７は、図１に示すように、中空形状を呈したハウジング１１に収容されている。ハウジング１１は、ウインドシールド３と対向する上面部に、光学的に開口する窓部を有している。窓部は、機械的に開口していてもよく、例えば画像の表示に寄与する光を透過可能な防塵シートで覆われていてもよい。
【００１９】
レーザ走査モジュール２１は、スクリーン１３に投影される画像を、光ビームとしてのレーザビームを走査することによって、構成する描画デバイスとなっている。
【００２０】
スクリーン１３は、例えば合成樹脂ないしガラスからなる基材の表面に、アルミニウム等の金属膜を蒸着させること等により、マイクロミラーアレイ状に形成された反射型のスクリーンである。スクリーン１３は、光を反射する複数のミラー曲面を有する複数のマイクロミラーを、格子状に配列した板状に形成されている。こうしたスクリーン１３にレーザビームが入射されると、当該スクリーン１３は、当該ミラー曲面の近傍にレーザビームを結像させつつ、当該レーザビームの拡がり角を拡大させて、スクリーン１３から射出させることができる。この結果、車両１内において乗員が虚像ＶＲＩを視認可能となる空間領域、すなわちアイボックスＥＢが拡大される。なお、スクリーン１３としては、マイクロレンズアレイ状に形成された透過型のスクリーン、又は拡散板が代わりに採用されてもよい。
【００２１】
導光部１５は、スクリーン１３から射出された画像の表示に寄与するレーザビームを、ウインドシールド３へ向けて導光する光学系である。導光部１５としては、１つの凹面鏡からなる構成、１つの平面鏡と１つの凹面鏡とを組み合わせた構成、１つの凸面鏡と１つの凹面鏡とを組み合わせた構成等、各種の構成を採用することができる。ここで導光部１５は、スクリーン１３に投影された画像に対して、乗員に視認される虚像ＶＲＩを、拡大する機能を有していることが好ましい。
【００２２】
図２に示す制御ユニット１７は、いわゆる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。電子回路は、ＨＵＤ基板１７ａ上に実装された複数の電子部品等により構成されている。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ないし磁気ディスクによって提供され、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を非一時的に格納する非遷移的実体的記録媒体である。
【００２３】
制御ユニット１７は、レーザ走査モジュール２１と電気的に接続されている。また、制御ユニット１７は、画像生成ＥＣＵ４と通信可能に接続されている。ここでいう通信としては、例えばＣＡＮ（登録商標）等の通信規格による通信が挙げられるが、有線通信、無線通信を問わず各種の好適な通信方式が採用され得る。
【００２４】
制御ユニット１７は、レーザ走査モジュール２１の作動を制御する。具体的に、制御ユニット１７は、電源を介して、レーザ走査モジュール２１に電力を供給する電力供給部として機能する。また、制御ユニット１７は、画像生成ＥＣＵ４から画像データを取得し、レーザ走査モジュール２１による描画に好適な画像信号に変換して、当該レーザ走査モジュール２１へ出力する。
【００２５】
以下、レーザ走査モジュール２１の詳細を説明する。レーザ走査モジュール２１は、複数のレーザ発光部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、レーザ案内部２４、光走査部２６、及び駆動制御部３１等により構成されている。
【００２６】
図３に示すように、レーザ発光部２２ａ〜ｃは、画像を表示するためのレーザビームを発する光源部として機能している。レーザ発光部２２ａ〜ｃは、例えば３つ設けられ、それぞれレーザビームをパルス状に発光する。本実施形態において各レーザ発光部２２ａ〜ｃでは、例えばレーザダイオードが採用されている。
【００２７】
３つのレーザ発光部２２ａ〜ｃは、相互に異なる波長α，β，γのレーザビームを発光するようになっている。レーザ発光部２２ａが発するレーザビームのピーク波長αは、例えば５００〜５６０ｎｍの範囲、好ましくは５４０ｎｍである緑色波長となっている。レーザ発光部２２ｂが発するレーザビームのピーク波長βは、例えば４３０〜４７０ｎｍの範囲、好ましくは４５０ｎｍである青色波長となっている。レーザ発光部２２ｃが発するレーザビームのピーク波長γは、例えば６００〜６５０ｎｍの範囲、好ましくは６４０ｎｍである赤色波長となっている。
【００２８】
レーザ案内部２４は、各レーザ発光部２２ａ〜ｃから発光された各レーザビームが重ね合されるように、共通の光路に案内する。レーザ案内部２４は、複数の集光レンズ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ、折り返しミラー２４ｄ、及びダイクロイックミラー２４ｅ，２４ｆ等により構成されている。集光レンズ２４ａ〜ｃは、レーザ発光部２２ａ〜ｃと同数（たとえば３つ）設けられている。ダイクロイックミラー２４ｅ，２４ｆは、レーザ発光部２２ａ〜ｃよりも１つ少ない数（例えば２つ）設けられている。
【００２９】
３つの集光レンズ２４ａ〜ｃは、それぞれ対応するレーザ発光部２２ａ〜ｃに対して、各レーザビームの進行方向に所定の間隔を空けて配置されている。各集光レンズ２４ａ〜ｃは、例えば合成樹脂ないしガラスにより、透光性を有して形成されている。各集光レンズ２４ａ〜ｃは、対応するレーザ発光部２２ａ〜ｃからのレーザビームを屈折により集光して、各レーザビームのビームウエストが、スクリーン１３の近傍ないしスクリーン１３上に位置するように、調整する。
【００３０】
折り返しミラー２４ｄは、集光レンズ２４ａに対して、レーザビームの進行方向に所定の間隔を空けて配置され、集光レンズ２４ａを透過した緑色波長のレーザビームを反射する。
【００３１】
２つのダイクロイックミラー２４ｅ，２４ｆは、それぞれ対応する集光レンズ２４ｂ，２４ｃに対して、各レーザビームの進行方向に所定の間隔を空けて配置されている。各ダイクロイックミラー２４ｅ，２４ｆは、集光レンズ２４ａ〜ｃを透過した各レーザビームのうち、特定波長のレーザビームを反射し、その他のレーザビームを透過させる。具体的には、集光レンズ２４ｂに対応するダイクロイックミラー２４ｅは、青色波長のレーザビームを反射し、緑色波長のレーザビームを透過させる。集光レンズ２４ｃに対応するダイクロイックミラー２４ｆは、赤色波長のレーザビームを反射し、緑色波長及び青色波長のレーザビームを透過させる。
【００３２】
ここで、折り返しミラー２４ｄによる反射後の緑色波長のレーザビームの進行方向には、ダイクロイックミラー２４ｅが所定の間隔を空けて配置されている。また、ダイクロイックミラー２４ｅによる反射後の青色波長のレーザビームの進行方向には、ダイクロイックミラー２４ｆが所定の間隔を空けて配置されている。これら配置形態により、折り返しミラー２４ｄによる反射後の緑色波長のレーザビームが、ダイクロイックミラー２４ｅを透過し、ダイクロイックミラー２４ｅによる反射後の青色波長のレーザ光束と重ね合される。また、緑色波長及び青色波長のレーザビームが、ダイクロイックミラー２４ｆを透過し、ダイクロイックミラー２４ｆによる反射後の赤色波長のレーザビームと重ね合される。
【００３３】
また、図２に示すように、各レーザ発光部２２ａ〜ｃは、駆動制御部３１と電気的に接続されている。各レーザ発光部２２ａ〜ｃは、駆動制御部３１からの電気信号に従って、レーザビームをパルス状に発光する。そして、各レーザ発光部２２ａから発光される３色のレーザビームを加色混合することで、画像において種々の色の再現が可能となる。こうして各レーザビームは、共通の光路上に重ね合された状態で、実質的に同一の方向から光走査部２６へと入射することとなる。
【００３４】
光走査部２６は、微小電気機械システム（Micro Electro mechanical Systems；ＭＥＭＳ）を用い、レーザビームを時間的に走査（スキャン）可能に構成されたＭＥＭＳミラーである。光走査部２６においてダイクロイックミラー２４ｆと所定の間隔を空けて対向する面には、アルミニウムの金属蒸着等により、反射面２６ａが形成されている。反射面２６ａは、当該反射面２６ａの接平面に沿って、実質直交して配置された２つの回転軸Ａｘ，Ａｙのまわりに揺動可能となっている。
【００３５】
図４に詳細を示すように、反射面２６ａは、内側の支持梁２６ｂによって両持ち支持されている。内側の支持梁２６ｂは、回転軸Ａｙに沿うように延伸して配置されている。内側の支持梁２６ｂよりも外側には、反射面２６ａの外周を全周囲むように内枠体２６ｃが形成されている。内枠体２６ｃは、内側の支持梁２６ｂを支持すると共に、外側の支持梁２６ｄによって両持ち支持されている。外側の支持梁２６ｄは、内側の支持梁２６ｂとは実質直交する方向に、すなわち回転軸Ａｘに沿うように延伸して配置されている。外側の支持梁２６ｄよりも外側には、内枠体２６ｃの全周を囲むように外枠体２６ｅが形成されている。外枠体２６ｅは、外側の支持梁２６ｄを支持している。
【００３６】
このような光走査部２６の反射面２６ａは、図２，３に示すように、駆動制御部３１と電気的に接続されており、その電気信号によって揺動することで、向きを変更することができる。そして、光走査部２６は、向きが制御されることで、レーザビームの反射面２６ａへの入射箇所である偏向点ＴＰを起点として、時間的にレーザビームのスクリーン１３への投射方向を偏向することが可能となる。こうしてレーザビームは走査されて、スクリーン上に画像を、例えば矩形状の走査範囲ＳＲに描画することができる。
【００３７】
ここで、回転軸Ａｙのまわりに反射面２６ａが揺動されると、レーザビームは、走査範囲ＳＲの長手方向ＬＤに走査される。走査範囲ＳＲの長手方向ＬＤは、虚像ＶＲＩにおける左右方向（あるいは車両１の水平方向ＨＤ）に対応している。回転軸Ａｘのまわりに反射面２６ａが揺動されると、レーザビームは、走査範囲ＳＲの短手方向ＳＤに走査される。走査範囲ＳＲの短手方向ＳＤは、虚像ＶＲＩにおける上下方向（あるいは車両１の鉛直方向ＶＤ）に対応している。
【００３８】
図２に示す駆動制御部３１は、電圧波形を光走査部２６に出力し、光走査部２６の駆動を制御する。これと共に、駆動制御部３１は、各レーザ発光部２２ａ〜ｃの駆動を制御して、走査と連動したレーザビームの発光タイミングによって、スクリーン１３上に画像を構成させる。駆動制御部３１は、走査コントローラ３２、発光ドライバ３４、共振走査ドライバ３６、強制駆動走査ドライバ３８、及びジャイロセンサ４０等により構成されている。この駆動制御部３１においては、図示しないクロック発振器により、実質的に一定の動作クロックに基づいて各種処理が実施される。
【００３９】
走査コントローラ３２は、例えばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）によってハードウエア的に実現される。ＦＰＧＡは、いわゆるＰＬＤ（Programmable logic device）等の集積的な電子回路の一種であり、広義のプロセッサに含まれる。ＦＰＧＡは、多数の論理ゲートを配列して複雑な処理を実現するものであるが、コンピュータプログラムの実行による処理よりも高速に、又は遅延を抑制しつつ、それを実行することができる。
【００４０】
走査コントローラ３２は、制御ユニット１７、各ドライバ３４，３６，３８及びジャイロセンサ４０と電気的に接続されている。走査コントローラ３２は、制御ユニット１７から入力された画像信号を、発光ドライバ３４を制御する信号、共振走査ドライバ３６を制御する信号及び強制駆動走査ドライバ３８を制御する信号へ分解及び変換して出力し、各ドライバ３４，３６，３８を連携させつつ制御する。信号の変換の際には、ジャイロセンサ４０から入力された信号に基づいて、補正が実施される。
【００４１】
発光ドライバ３４は、各レーザ発光部２２ａ〜ｃを制御する回路である。具体的に発光ドライバ３４は、走査コントローラ３２からの信号に基づいて、各レーザ発光部２２ａ〜ｃの発光タイミング及び発光強度を制御する。
【００４２】
共振走査ドライバ３６は、光走査部２６による走査のうち、回転軸Ａｙまわりの走査を制御する回路である。具体的に共振走査ドライバ３６は、走査コントローラ３２からの信号に基づいて、内側の支持梁２６ｂをねじるための圧電素子２６ｆへ印加する電圧波形を生成し、出力する。
【００４３】
より詳細に、回転軸Ａｙまわりの走査では、圧電素子２６ｆへ印加する電圧値が比較的小さな周期にて制御されることによって、内側の支持梁２６ｂがねじられる。こうした支持梁２６ｂのねじれによって、反射面２６ａは回転軸Ａｙのまわりに揺動する。支持梁２６ｂがねじれると、支持梁２６ｂの弾性反力がねじれ方向とは逆方向に作用する。この弾性反力を利用して、反射面２６ａを、支持梁２６ｂのばね定数に応じた所定の固有振動周波数にて共振させることができる。したがって、光走査部２６において、車両１の水平方向ＨＤに対応する方向での駆動は、共振現象を利用した共振駆動となっている。共振駆動させるための電圧波形は、例えば正弦波となっている。
【００４４】
強制駆動走査ドライバ３８は、光走査部２６による走査のうち、回転軸Ａｘまわりの走査を制御する回路である。具体的に強制駆動走査ドライバ３８は、走査コントローラ３２からの信号に基づいて、外側の支持梁２６ｄをねじるための圧電素子２６ｇへ印加する電圧波形を生成し、出力する。
【００４５】
より詳細に、回転軸Ａｘまわりの走査では、圧電素子２６ｇへ印加する電圧値が制御されることによって、外側の支持梁２６ｄがねじられ、内枠体２６ｃが反射面２６ａと共に回転軸Ａｘのまわりに揺動する。支持梁２６ｄの弾性反力による振れを抑制すべく、この揺動の電圧波形は、共振駆動における固有振動周期よりも十分に大きな周期を有するものとされる。故に、光走査部２６において、車両１の鉛直方向ＶＤに対応する方向での駆動は、圧電素子２６ｇへ印加する電圧値が回転軸Ａｘまわりの揺動における瞬時振幅を決定する強制駆動となっている。
【００４６】
強制駆動させるための電圧波形は、例えば図５に示すような鋸歯状波となっている。当該鋸歯状波は、１組の急変動期ＰＲと緩変動期ＰＧとにより１周期を構成している。急変動期ＰＲは、画像の描画におけるフレーム間の区切に対応している。急変動期ＰＲにおいて電圧値がリニアに急変動している間は、現フレームの描画終了位置から次フレームの描画開始位置に高速で戻るように反射面２６ａの向きが変更される。この間、レーザビームが発光されることによる描画はなされない。
【００４７】
緩変動期ＰＧは、１フレームの画像が描画される処理に対応している。緩変動期ＰＧにおいて電圧値が急変動期ＰＲとは逆方向にリニアに緩変動している間は、共振走査と強制駆動走査との組み合わせにより、現フレームの描画開始位置から当該フレームの描画終了位置まで、レーザビームがスクリーン上を２次元的に走査される。この間、画像の各画素の輝度及び色相に合わせて３つのレーザ発光部２２ａ〜ｃから適宜の発光タイミング及び発光強度にてレーザビームが発せられる。
【００４８】
そして、緩変動期ＰＧの開始時の電圧値Ｖ０が走査範囲ＳＲにおける鉛直方向ＶＤの一端（本実施形態では上端）の位置を決定し、緩変動期ＰＧの終了時の電圧値Ｖ１が走査範囲ＳＲにおける鉛直方向ＶＤの他端（本実施形態では下端）の位置を決定している。
【００４９】
鋸刃状波において複数周期が連続的に繰り返されることで、画像は、所定のフレームレート（例えば４０〜８０ｆｐｓ程度）にて更新可能とされている。
【００５０】
図２に示すように、ジャイロセンサ４０は、車両１に生じる姿勢変化を検出する。この姿勢変化は、例えば車両１の操舵による方向転換、路面の傾斜による車両１の方向変化等の低周波の姿勢変化と、例えば路面の凹凸による車両１の振動等の高周波の姿勢変化との両方を含む概念である。ただし本実施形態では、後者の高周波の姿勢変化が補正対象の主体とされている。
【００５１】
ジャイロセンサ４０は、ジャイロ検出部４１及びジャイロ処理部４２を備えている。ジャイロ検出部４１は、姿勢変化の情報としての角速度を逐次検出可能に形成されている。角速度の検出には、例えばフライホイール機構、振動バー機構等を用いた機械方式、光ファイバーを用いた光学方式等を採用することができる。
【００５２】
ジャイロ処理部４２は、ジャイロ検出部４１による検出結果を取得する。ジャイロ処理部４２は、この検出結果をフィルタリングして走査コントローラ３２へと出力するフィルタ回路を有している。ジャイロ処理部４２は、フィルタ回路によって、ジャイロ検出部４１が検出した角速度を所定の時間にて時間平均する時間平均処理、時間平均された角速度を積分して角度に変換する変換処理等を実行する。こうしてジャイロ処理部４２によりフィルタリングされた姿勢変化の情報は、電圧波形の１周期につき１回、すなわち画像の１フレームの描画につき１回、走査コントローラ３２へと入力される。
【００５３】
走査コントローラ３２は、取得された姿勢変化の情報に基づいて、当該姿勢変化に起因する画像の車両１外の風景に対する位置ずれが低減されるように、走査範囲ＳＲを鉛直方向ＶＤに沿って補正する。図６に示すように、仮に、画像においてある１フレームを描画したときに、画像の表示コンテンツが車両１外の風景に正確に重畳していたとしても、路面の凹凸により車両１が鉛直方向ＶＤに振動した場合に次のフレームでも同じ走査範囲ＳＲで画像を描画すると、風景に対して表示コンテンツが位置ずれし得る。したがって、本実施形態では、１フレーム毎に、姿勢変化に基づいて鉛直方向ＶＤの走査範囲ＳＲが変更される。
【００５４】
走査コントローラ３２は、前回の姿勢変化の情報取得時における車両の角度に対する、今回の姿勢変化の情報取得時における角度の変位を算出する。この変位は、画像の風景に対する鉛直方向ＶＤの位置ずれに相当する。走査コントローラ３２は、この位置ずれを低減するように、強制駆動の電圧波形における電圧値を補正する補正処理を実施する。
【００５５】
より詳細に、走査コントローラ３２は、この位置ずれを相殺するような電圧のオフセット値Ｖｏｆｆを算出する。そして、図５に示すように、走査コントローラ３２は、姿勢変化取得直後の１フレームの描画にあたって、電圧波形における緩変動期ＰＧの電圧値を、係るオフセット値Ｖｏｆｆ分だけ、全体的にオフセットする。緩変動期ＰＧの開始時の電圧値Ｖ０及び終了時の電圧値Ｖ１が同じオフセット値Ｖｏｆｆ分だけ変更されるので、走査範囲ＳＲにおける鉛直方向ＶＤの一端及び他端は、実質的に、両方共に同方向かつ同量移動する。この結果、次の１フレームにおける走査範囲ＳＲが全体的に鉛直方向ＶＤにずらされることとなる。この際、走査範囲ＳＲが間延びするわけではないので、画素ピッチは変更されない。
【００５６】
さて、図７に示すように、この走査範囲ＳＲの補正において、ジャイロセンサ４０における姿勢変化の検出から描画までの処理は、電圧波形の１周期よりも短い時間で実施されることが好ましい。
【００５７】
故に、ジャイロ処理部４２における時間平均処理及び変換処理の処理時間が１周期よりも十分小さな時間となるように、両処理は簡略化されている。そして、姿勢変化の情報は、映像信号とは別経路で走査コントローラ３２に入力される。具体的に、姿勢変化の情報は、走査コントローラ３２を実現するＦＰＧＡのうち出力側に近い部分に、入力される。走査コントローラ３２が強制駆動走査ドライバ３８へ信号を出力する直前で、電圧波形の補正処理を実施することによって、直近の姿勢変化の情報をすぐに光走査部２６の強制駆動に反映させることができる。このために、現在のフレームの描画に並行して、次のフレームの走査範囲ＳＲを変更するためのジャイロ処理部４２における時間平均処理及び変換処理並びに走査コントローラ３２による補正処理は、実行される。
【００５８】
（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。
【００５９】
第１実施形態によると、車両１の姿勢変化に起因して、車両１外の風景に対して虚像表示される画像に想定される位置ずれは、光走査部２６に入力する電圧波形における電圧値の補正によって低減される。すなわち、光走査部２６では、電圧値の補正によって光ビームとしてのレーザビームの投射方向が直接的に補正される。故に、情報処理に係るバファリング等の処理時間を不要とする、あるいは抑制することができる。
【００６０】
さらには、電圧波形の変更によってレーザビームが走査される走査範囲ＳＲ自体が変更される。このため予め画像の表示位置の移動を考慮した大きめの走査範囲ＳＲを設定する必要性が低減され、走査は実施されるものの、実際には画像が描画されない無駄な範囲の発生を抑制することができる。換言すれば、１フレーム当たりの描画時間の増加を抑制することができる。以上により、姿勢変化に対する応答性が良好である虚像表示装置としてのＨＵＤ１０を提供することができる。
【００６１】
また、第１実施形態によると、車両１の鉛直方向ＶＤに対応する方向に強制駆動される光走査部２６に対して、当該強制駆動の電圧波形における電圧値を補正することにより、鉛直方向ＶＤの位置ずれが低減される。強制駆動は、電圧値が瞬時振幅を決定するものであるから、電圧値でレーザビームの投射方向を精度良く決定することができる。したがって、高い応答性と共に、位置ずれ低減を高精度に実現することができる。
【００６２】
また、第１実施形態によると、画像の１フレーム毎に車両１の鉛直方向ＶＤの位置ずれを相殺するオフセット値Ｖｏｆｆが算出され、当該１フレームの描画の間、電圧値をオフセット値Ｖｏｆｆだけオフセットして走査範囲ＳＲが鉛直方向ＶＤにずらされる。そうすると、単純な電圧値の補正によって、走査範囲ＳＲの変形を抑制しつつ当該走査範囲ＳＲを移動させ、高い応答性によって位置ずれ低減を図ることができる。
【００６３】
また、第１実施形態によると、画像の１フレームの描画に並行して、次の１フレームにおける電圧波形の補正処理が実行される。そうすると、補正処理による描画の遅延を低減することができ、また、より直近の姿勢変化を走査範囲ＳＲの移動に反映させることができる。
【００６４】
また、第１実施形態によると、レーザ走査モジュール２１内の駆動制御部３１に、車両１に生じる姿勢変化を検出するジャイロ検出部４１が設けられている。そうすると、レーザ走査モジュール２１に加わる振動と同じ振動を検出できるため、位置ずれ低減の精度を高めることができると共に、安定的にジャイロ検出部４１からの信号を取得できるので、電圧値の補正における動作の安定性を高めることができる。
【００６５】
（他の実施形態）
以上、一実施形態について説明したが、本開示は、当該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に適用することができる。
【００６６】
具体的に変形例１としては、ジャイロセンサ４０は、レーザ走査モジュール２１の外部に配置されていてもよい。図８の例では、ＨＵＤ基板１７ａに、ジャイロセンサ４０が実装されている。ジャイロセンサ４０は、第１実施形態と同様にジャイロ検出部４１及びジャイロ処理部４２を有している。ジャイロセンサ４０は、制御ユニット１７と走査コントローラ３２との接続とは別経路にて、走査コントローラ３２に電気的に接続されている。駆動制御部３１は、ジャイロ処理部４２によりフィルタリングされた後の情報を、車両１に生じる姿勢変化の情報として、取得するようになっている。
【００６７】
また図９の例では、ジャイロセンサ４０は、ＨＵＤ１０のハウジング１１に設置されている。この場合においても、駆動制御部３１は、ジャイロ処理部４２によりフィルタリングされた後の情報を、車両１に生じる姿勢変化の情報として、取得するようになっている。
【００６８】
変形例２としては、車両１に生じる姿勢変化の情報は、慣性センサであれば、ジャイロセンサ４０以外の、加速度センサ等を用いて検出されてもよい。姿勢変化の情報は、これらの慣性センサに加えて、ＧＰＳ受信機による位置情報、地磁気センサ等の情報を組み合わせることで、精度が高められていてもよい。
【００６９】
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】
【００７０】
１：車両、１０：ＨＵＤ（虚像表示装置）、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ：レーザ発光部（光源部）、２６：光走査部、３１：駆動制御部、ＳＲ：走査範囲
【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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