(57)【要約】【課題】カラーのパルス投影を構成するＲ、Ｇ、及びＢの出力を調整し、複数の距離に虚像をちらつきを抑えて表示させることができる表示装置を提供すること。【解決手段】画像表示装置１００は、描画デバイス１１と、描画デバイス１１に形成された像を拡大する投影光学系１５と、拡散機能を有し、投影光学系１５の光射出側に配置される中間スクリーン１９と、中間スクリーン１９上の像を虚像に変換する拡大光学系１７と、中間スクリーン１９の位置を光軸ＡＸ方向に沿って変化させる配置変更装置である回転駆動部６４と、描画デバイス１１の動作を制御する表示制御部１８とを備え、描画デバイス１１は、中間スクリーン１９が所定の位置に配置されるタイミングでカラー画像を構成するＲ、Ｇ、及びＢの画像を描画し、表示制御部１８は、画像を描画する描画デバイス１１のＧ出力をＲ出力及びＢ出力に対してＧ出力がＲ出力及びＢ出力の総量よりも相対的に少なくなる所定の出力差となるように、Ｇ出力と、Ｒ出力及びＢ出力との少なくとも一方を調整する。【選択図】図５
2020071402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
描画デバイスと、
前記描画デバイスに形成された像を拡大する投影光学系と、
拡散機能を有し、前記投影光学系の光射出側に配置される中間スクリーンと、
前記中間スクリーン上の像を虚像に変換する拡大光学系と、
前記中間スクリーンの位置を光軸方向に沿って変化させる配置変更装置と、
前記描画デバイスの動作を制御する表示制御部と、
を備え、
前記描画デバイスは、前記中間スクリーンが所定の位置に配置されるタイミングでカラー画像を構成するＲ、Ｇ、及びＢの画像を描画し、
前記表示制御部は、前記画像を描画する前記描画デバイスのＧ出力をＲ出力及びＢ出力に対して前記Ｇ出力が前記Ｒ出力及び前記Ｂ出力の総量よりも相対的に少なくなる所定の出力差となるように、前記Ｇ出力と、前記Ｒ出力及び前記Ｂ出力との少なくとも一方を調整することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記描画デバイスは、前記中間スクリーンの１周期及び複数周期のいずれかの移動の際に、前記中間スクリーンの前記光軸方向の局所的な位置において前記Ｒ、Ｇ、及びＢの画像を描画することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記表示制御部は、所定の設定値に基づいて前記描画デバイスの出力を制御することを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項４】
前記描画デバイスの発光量を計測するセンサーを備え、
前記表示制御部は、前記センサーで得た前記発光量に基づくフィードバックによって前記Ｒ出力、前記Ｇ出力、及び前記Ｂ出力を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記表示制御部は、以下の条件式を満たさないように前記描画デバイスの前記Ｒ出力、前記Ｇ出力、及び前記Ｂ出力の少なくともいずれかを調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示装置。
Ｌｇ×α≧（Ｌｒ×β＋Ｌｂ×γ）    …    （１）
ここで、
Ｌｒ：Ｒ出力量
Ｌｇ：Ｇ出力量
Ｌｂ：Ｂ出力量
α：使用光源、フィードバック構成、及び光学構成によって決まる係数
β：使用光源、フィードバック構成、及び光学構成によって決まる係数
γ：使用光源、フィードバック構成、及び光学構成によって決まる係数
【請求項６】
前記表示制御部は、前記描画デバイスが１つの前記カラー画像を描画する際に、前記描画デバイスによって前記Ｇの画像を２回描画させ、前記Ｒの画像と前記Ｂの画像との描画の間に前記Ｇの画像を描画させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項７】
前記表示制御部は、前記描画デバイスが１つの前記カラー画像を描画する際に、前記描画デバイスによって前記Ｇの画像を２回描画させ、前記Ｒの画像と前記Ｂの画像との描画の間に前記Ｇの画像を描画させるパターンと、前記Ｇの画像を１回描画させ、前記Ｒの画像と前記Ｂの画像との描画の間に前記Ｇの画像を描画させるパターンとを切替えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項８】
前記表示制御部は、前記描画デバイスが１つの前記カラー画像を描画する際に、前記描画デバイスによって前記Ｇの画像を２回描画させる場合に、前記Ｇの画像を２回描画するパターンでの前記Ｇ出力を、前記Ｇの画像を１回描画するパターンでの前記Ｇ出力の１／２の出力にすることを特徴とする請求項６及び７のいずれか一項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視線の先に虚像を表示し、かつ虚像の投影位置を可変とした表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）装置は、虚像を運転者からある一定の距離だけ離れた位置に生成するのが一般的であり、運転者から虚像までの距離が一定だと目の位置がずれた場合に対象物の位置と危険信号（虚像）の位置とがずれてしまい、運転者が対象物を誤認してしまうという問題がある。このような問題を解決する手法としては、対象物に対して虚像を奥行き方向も含めて重畳させることが考えられる。このような構成のＨＵＤ装置は、描画デバイスによってＲＧＢのカラー画像データを時間順列的に描画し、中間スクリーンが所定の位置に配置された場合、ＲＧＢの画像をパルス投影することで、結果的に目的のカラー画像（虚像）を所定の虚像距離に投影する。
【０００３】
ここで、虚像に奥行きを持たせる手法として、下記特許文献１に記載の方法がある。この特許文献１では、ＭＥＭＳミラーのような走査型の像形成手段と、中間スクリーンと、投影手段と、中間スクリーン位置を変える可動手段とを備え、中間スクリーン位置を変化させることで虚像の位置を変化させている。このように虚像位置を可変とできるＨＵＤ装置において所望の虚像距離に対応する画像データを投影する際に、パルス投影の速度（ｆｐｓ）を人間に視認できない時間間隔以内（一般的には６０ｆｐｓ以上）で行うことが望ましい。しかしながら、投影速度が遅くなる場合、又は人間の目が高い光感度を持つＧの光出力が大きい場合等に、このパルス投影が視認できてしまい、ちらつきのように見えてしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−４５１０３号公報
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、カラーのパルス投影を構成するＲ、Ｇ、及びＢの出力を調整し、複数の距離に虚像をちらつきを抑えて表示させることができる表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る表示装置は、描画デバイスと、描画デバイスに形成された像を拡大する投影光学系と、拡散機能を有し、投影光学系の光射出側に配置される中間スクリーンと、中間スクリーン上の像を虚像に変換する拡大光学系と、中間スクリーンの位置を光軸方向に沿って変化させる配置変更装置と、描画デバイスの動作を制御する表示制御部とを備え、描画デバイスは、中間スクリーンが所定の位置に配置されるタイミングでカラー画像を構成するＲ、Ｇ、及びＢの画像を描画し、表示制御部は、画像を描画する描画デバイスのＧ出力をＲ出力及びＢ出力に対してＧ出力が前記Ｒ出力及び前記Ｂ出力の総量よりも相対的に少なくなる所定の出力差となるように、Ｇ出力と、Ｒ出力及びＢ出力との少なくとも一方を調整する。
【０００７】
上記表示装置によれば、画像を描画する描画デバイスのＧ出力をＲ出力及びＢ出力に対してＧ出力がＲ出力及びＢ出力の総量よりも相対的に少なくなる所定の出力差となるように、Ｇ出力と、Ｒ出力及びＢ出力との少なくとも一方を調整することにより、Ｇ出力を相対的に目立たなくし、虚像のちらつきを抑えることができる。例えば、所定の出力差となるように、Ｇ出力がＲ出力及びＢ出力と比較してある一定比率以上に大きくなった際にＧの出力比率を下げる、又はＲ出力比率及びＢ出力比率を上げる。
【０００８】
本発明の具体的な側面では、上記表示装置において、描画デバイスは、中間スクリーンの１周期及び複数周期のいずれかの移動の際に、中間スクリーンの光軸方向の局所的な位置においてＲ、Ｇ、及びＢの画像を描画する。この場合、中間スクリーンが１周期単位又は複数周期単位で移動するうちに所定の虚像距離にカラー画像に対応する虚像を投影することができる。
【０００９】
本発明の別の側面では、表示制御部は、所定の設定値に基づいて描画デバイスの出力を制御する。ここで、所定の設定値とは、画像のちらつき防止を想定したＲＧＢの出力値である。この場合、予め画像のちらつき防止を想定した設定値でＲＧＢの出力を調整することができる。
【００１０】
本発明のさらに別の側面では、描画デバイスの発光量を計測するセンサーを備え、表示制御部は、センサーで得た発光量に基づくフィードバックによってＲ出力、Ｇ出力、及びＢ出力を調整する。この場合、描画デバイスの発光量に応じてＲＧＢの出力をリアルタイムで調整することができる。
【００１１】
本発明のさらに別の側面では、表示制御部は、以下の条件式を満たさないように描画デバイスのＲ出力、Ｇ出力、及びＢ出力の少なくともいずれかを調整する。
Ｌｇ×α≧（Ｌｒ×β＋Ｌｂ×γ）    …    （１）
ここで、値ＬｒはＲ出力量であり、値ＬｇはＧ出力量であり、値ＬｂはＢ出力量であり、値α、β、及びγは使用光源、フィードバック構成、及び光学構成によって決まる係数である。値Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ、α、β、及びγは投影する画像の色に依存する。なお、値α、β、及びγは表示装置の使用環境によっても変動しうるものである。また、値α、β、及びγは、値Ｌｒ、Ｌｇ、及びＬｂや表示される画像の色に応じて場合分けのテーブルが予め設定されている。
【００１２】
本発明のさらに別の側面では、表示制御部は、描画デバイスが１つのカラー画像を描画する際に、描画デバイスによってＧの画像を２回描画させ、Ｒの画像とＢの画像との描画の間にＧの画像を描画させる。この場合、Ｇを２回描画させることにより１回のＧの出力を抑えることができＧのフリッカーをより抑えることができる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、表示制御部は、描画デバイスが１つのカラー画像を描画する際に、描画デバイスによってＧの画像を２回描画させ、Ｒの画像とＢの画像との描画の間にＧの画像を描画させるパターンと、Ｇの画像を１回描画させ、Ｒの画像とＢの画像との描画の間にＧの画像を描画させるパターンとを切替える。この場合、周囲の環境や表示内容に応じて画像の描画パターンを切替えることができる。Ｇを２回描画させる場合には１回のＧの出力を抑えることでＧのフリッカーをより抑えることができ、Ｇを１回描画させる場合には描画回数を減らすことで虚像を速く投影することができる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、表示制御部は、描画デバイスが１つのカラー画像を描画する際に、描画デバイスによってＧの画像を２回描画させる場合に、Ｇの画像を２回描画するパターンでのＧ出力を、Ｇの画像を１回描画するパターンでのＧ出力の１／２の出力にする。この場合、色バランスを崩さずに、１つのカラー画像に対応するＧの描画回数を増やすことができ、全体的なＲＧＢの出力を調整しやすくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（Ａ）は、第１実施形態の画像表示装置を車体に搭載した状態を示す側方断面図であり、（Ｂ）は、画像表示装置を説明する車内側からの正面図である。
【図２】虚像表示光学系等の具体的な構成例を説明する拡大側方断面図である。
【図３】描画デバイスの構造を説明する概念図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、中間スクリーンを組み込んだ拡散部の構造を説明する平面図及び側断面図であり、（Ｃ）は、中間スクリーンの回転に伴う機能領域の移動等を説明する図である。
【図５】（Ａ）は、中間スクリーンの回転に伴う機能領域等を説明する概念図であり、（Ｂ）は、中間像の位置の変化及び個色画像の表示タイミングを具体的に例示する図である。
【図６】描画デバイスの描画パターンを説明する図である。
【図７】画像表示装置を含む移動体用表示システムを説明するブロック図である。
【図８】具体的な表示状態を説明する斜視図である。
【図９】（Ａ）は、図５（Ｂ）に対応する図であり、（Ｂ）〜（Ｄ）は、図８中の表示像又はフレーム枠に対応する図である。
【図１０】画像表示装置の動作例を説明する図である。
【図１１】（Ａ）は、第２実施形態の画像表示装置の中間スクリーンの回転に伴う機能領域等を説明する概念図であり、（Ｂ）は、中間像の位置の変化及び個色画像の表示タイミングを具体的に例示する図である。
【図１２】第２実施形態の描画デバイスの描画パターンを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
〔第１実施形態〕
以下、本発明に係る表示装置の第１実施形態である画像表示装置について具体的に説明する。
【００１７】
図１（Ａ）及び１（Ｂ）は、表示装置としての画像表示装置１００及びその使用状態を説明する概念的な側方断面図及び正面図である。この画像表示装置１００は、例えばヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置として車体２内に搭載されるものであり、描画ユニット１０と表示スクリーン２０とを備える。画像表示装置１００は、描画ユニット１０中の後述する描画デバイス１１に表示されている画像情報を、表示スクリーン２０を介して運転者ＵＮに向けて虚像表示するものである。
【００１８】
画像表示装置１００のうち描画ユニット１０は、車体２のダッシュボード４内であってディスプレイ５０の背後に埋め込むように設置されており、運転関連情報等を含む画像に対応する表示光ＨＫを表示スクリーン２０に向けて射出する。表示スクリーン２０は、コンバイナーとも呼ばれ、半透過性を有する凹面鏡又は平面鏡である。表示スクリーン２０は、下端の支持によってダッシュボード４上に立設され、描画ユニット１０からの表示光ＨＫを車体２の後方に向けて反射する。つまり、図示の場合、表示スクリーン２０は、フロントウインドウ８とは別体で設置される独立型のものとなっている。表示スクリーン２０で反射された表示光ＨＫは、運転席３に座った運転者ＵＮの瞳ＨＴ及びその周辺位置に対応するアイボックス（不図示）に導かれる。運転者ＵＮは、表示スクリーン２０で反射された表示光ＨＫ、つまり車体２の前方にある虚像としての表示像ＩＭを観察することができる。一方、運転者ＵＮは、表示スクリーン２０を透過した外界光、つまり前方景色、自動車等の実像を観察することができる。結果的に、運転者ＵＮは、表示スクリーン２０の背後の外界像又はシースルー像に重ねて、表示スクリーン２０での表示光ＨＫの反射によって形成される運転関連情報等を含む表示像（虚像）ＩＭを観察することができる。
【００１９】
ここで、表示スクリーン２０をフロントウインドウ８と別体で構成しているが、フロントウインドウ８を表示スクリーンとして用い、フロントウインドウ８内に設定した表示範囲に投影を行って、運転者ＵＮが表示像ＩＭを観察できる構成としてもよい。この際、フロントウインドウ８のガラスの一部領域の反射率をコート等によって変更することで、反射領域を確保することができる。また、フロントウインドウ８での反射角度が例えば６０度程度であれば、反射率が１５％程度確保され、特にコートを設けなくても透過性を有する反射面として用いることができる。これら以外に、表示スクリーン２０をフロントウインドウ８のガラス中に挟む構成とすることもできる。
【００２０】
図２に示すように、描画ユニット１０は、描画デバイス１１を含む虚像型の拡大結像系である本体光学系１３と、本体光学系１３を動作させる表示制御部１８と、本体光学系１３等を収納するハウジング１４とを備える。表示制御部１８は、描画デバイス１１の発光タイミングと、ＲＧＢの発光色と、発光量とについて制御を行う。本体光学系１３と表示スクリーン２０とを組み合わせたものは、虚像表示光学系３０を構成する。
【００２１】
本体光学系１３は、描画デバイス１１のほかに、描画デバイス１１に形成された画像を拡大した中間像ＴＩを形成するための投影光学系１５と、中間像ＴＩの結像予定位置又はその近傍（以下では結像位置とも呼ぶ）に配置される拡散部１６と、拡散部１６上の像（中間像ＴＩそのものの他、中間像ＴＩから位置ずれして僅かにピントがぼけたものも含み、強制中間像ＴＩ’とも呼ぶ）を拡大する拡大光学系１７とを備える。
【００２２】
描画デバイス１１は、２次元的な表示面１１ａを有する。描画デバイス１１の表示面１１ａに形成された像は、本体光学系１３のうち投影光学系１５で拡大されて拡散部１６へ投影される。この際、２次元表示が可能な描画デバイス１１を用いることで、投影光学系１５が描画デバイス１１の表示面１１ａに形成された像を拡大するので、表示スクリーン２０越しに虚像として表示される表示像ＩＭの切替えを比較的高速とできる。描画デバイス１１の動作は、後述する表示制御部１８によって拡散部１６に付随する回転駆動部６４の動作と同期するように制御されている。描画デバイス１１は、例えば反射型の表示素子を含む。表示素子を照明する発光体としては、例えば半導体光源が用いられる。なお、描画デバイス１１は、虚像距離を変化させる場合には、それぞれの虚像距離に対して３０ｆｐｓ以上、さらに望ましくは６０ｆｐｓ以上のフレームレートで動作する。これにより、異なる虚像距離に複数の表示像（虚像）ＩＭを運転者ＵＮに対して同時に表示されているように見せることが容易になる。
【００２３】
図３は、描画デバイス１１の具体的な構成を説明する図である。描画デバイス１１は、照明光を射出する照明光学系５と、照明光の２次元的な空間変調によって画像を生成する表示デバイス６とを備える。照明光学系５は、照明光を射出する３つの光源４ａ，４ｂ，４ｃと、第１ダイクロイックミラー５ａと、第２ダイクロイックミラー５ｂと、コリメーター５ｄ，５ｅ，５ｆと、リレーレンズ５ｈと、フライアイ光学系５ｊと、コンデンサーレンズ５ｍ，５ｎと、折曲げミラー５ｐと、ＴＩＲプリズム５ｑと、平板５ｒとを備える。３つの光源４ａ，４ｂ，４ｃは、ＬＥＤ（light emitting diode）その他の発光素子であり、Ｒ、Ｇ、及びＢの３色の照明光７ａ，７ｂ，７ｃをそれぞれ射出する。光源４ａは、Ｒ光源であり、光源４ｂは、Ｇ光源であり、光源４ｃは、Ｂ光源である。第１ダイクロイックミラー５ａは、第２の光源（Ｇ光源）４ｂからのＧの照明光７ｂと、第３の光源（Ｂ光源）４ｃからのＢの照明光７ｃとを合成し、第２ダイクロイックミラー５ｂは、第１の光源（Ｒ光源）４ａからのＲの照明光７ａと、第１ダイクロイックミラー５ａで合成されたＧ及びＢの照明光７ｂ，７ｃとを合成する。各コリメーター５ｄ，５ｅ，５ｆは、各光源４ａ，４ｂ，４ｃからの照明光７ａ，７ｂ，７ｃを平行光束に近い状態にする。リレーレンズ５ｈは、照明光７ｂ，７ｃ側の光路差を補償する役割を有する。フライアイ光学系５ｊは、オプティカルインテグレーターとも呼ばれ、各光源４ａ，４ｂ，４ｃからの照明光７ａ，７ｂ，７ｃを均一化する。コンデンサーレンズ５ｍ，５ｎは、フライアイ光学系５ｊを経た照明光７ａ，７ｂ，７ｃを適度の入射角範囲で表示デバイス６に入射させる。ＴＩＲプリズム５ｑは、全反射の有無を利用して照明光７ａ，７ｂ，７ｃの光路と表示光ＨＫの光路とを分離する。具体的には、ＴＩＲプリズム５ｑを構成する一方のプリズムの斜面５ｗで照明光を全反射して投影光学系１５の光軸ＡＸに対して傾いた方向から照明光を表示デバイス６に導くことができ、表示デバイス６からの光を投影光学系１５の光軸ＡＸに沿った正面方向へは透過させて、表示光ＨＫとして投影光学系１５に入射させることができる。平板５ｒは、表示デバイス６のカバーガラスであるが、フィルター機能を持たせることもできる。
【００２４】
表示デバイス６は、デジタル・ミラー・デバイス（ＤＭＤ：Digital Mirror Device）であり、ＴＩＲプリズム５ｑから入射した照明光をＴＩＲプリズム５ｑ越しに投影光学系１５に向けたり投影光学系１５から逸らしたりするオン・オフ動作が可能である。表示デバイス６の動作は、順次発光する光源４ａ，４ｂ，４ｃと同期しており、Ｒ、Ｇ、及びＢの３色の表示光ＨＫを順次又は同時に形成する。
【００２５】
図２に示すように、描画デバイス１１の光射出側には、描画デバイス１１からの発光量に対応する光検出を行う受光センサー部（センサー）６３が設けられている。表示制御部１８は、受光センサー部６３の検出出力に基づいて動作しており、受光センサー部６３の検出値に基づいて、描画デバイス１１の各色に関する発光量、具体的には表示デバイス６の表示輝度を調整する。表示デバイス６の発光量又は発光輝度の調整は、画素のオン及びオフの時間比の調整によって行われる。つまり、描画デバイス１１の発光量は、発光の絶対量及び発光時間の積として与えられる。受光センサー部６３は、単一のＰＤ（Photo Diode）からなるが、Ｒ、Ｇ、及びＢの３色の光量検出を可能にする。表示制御部１８は、描画デバイス１１の動作タイミング又は発光タイミングに同期して、受光センサー部６３による光量検出を行っている。受光センサー部６３は、例えば表示光ＨＫの光路上であって表示像（虚像）ＩＭを妨げない位置に配置される。受光センサー部６３は、光路近傍に配置されて表示光ＨＫを直接検出するものとすることができるが、これに限らず、光路上に配置された部分透過ミラーによって分岐された光路外に配置することもできる。
【００２６】
描画デバイス１１では、各光源４ａ，４ｂ，４ｃにＧＲＧＢの順列発光を行わせつつ、表示デバイス６に表示動作を行わせている。具体的には、所定時間にＲの光源４ａが発光し、表示デバイス６によってＲの照明光７ａの変調、つまりＲの画像の表示を行わせる。その後、所定時間にＧの光源４ｂが発光し、表示デバイス６によってＧの照明光７ｂの変調、つまりＧの画像の表示を行わせる。その後、所定時間にＢの光源４ｃが発光し、表示デバイス６によってＢの照明光７ｃの変調、つまりＢの画像の表示を行わせる。その後、所定時間にＧの光源４ｂが発光し、表示デバイス６によってＧの照明光７ｂの変調、つまりＧの画像の表示を行わせる。受光センサー部６３によって検出された検出値は、表示制御部１８において描画デバイス１１のＲＧＢの各色の発光量に換算され、描画デバイス１１のＲＧＢの発光量又は表示輝度のフィードバック制御に利用される。具体的には、後述する表示制御部１８によって、受光センサー部６３で得た発光量に基づくフィードバックによってＲ出力、Ｇ出力、及びＢ出力を調整する。これにより、描画デバイス１１の発光量に応じてＲＧＢの出力をリアルタイムで調整することができる。
【００２７】
描画デバイス１１は、ＧＲＧＢの４つの個色画像を後述する拡散部１６の中間スクリーン１９の周期運動の一定期間に離散的に形成しつつ、４つの個色画像を時間順列的に形成することで１つのカラー画像を描画する。ここで、一定期間とは、１つのカラー画像を形成するための期間であり、中間スクリーン１９の周期運動の周期を意味する。離散的とは、少なくとも１つの制限範囲（ある虚像距離に表示像ＩＭを表示可能な範囲に対応する中間スクリーン１９の光軸ＡＸ方向の局所的な位置）内において、中間スクリーン１９上に個色画像を連続的に形成するタイミングを複数回に分けることを意味する。また、詳細は後述するが、上述の個色画像は、中間スクリーン１９の光軸ＡＸに沿った可動範囲内の一部に設定された制限範囲に形成される。本実施形態において、制限範囲は、可動範囲内に重複しない状態で７つ設定されており（図５（Ａ）参照）、各制限範囲に対応する異なる虚像距離に、対応する表示像ＩＭがそれぞれ表示される。制限範囲は、中間スクリーン１９を光軸ＡＸに沿った位置によって区分けする区分ＡＲ１〜ＡＲ７に対応している。
【００２８】
図２に戻って、投影光学系１５は、固定焦点のレンズ系であり、複数のレンズ要素を有する。投影光学系１５は、描画デバイス１１の表示面１１ａに形成された画像を中間像ＴＩ又は強制中間像ＴＩ’として拡散部１６上に適当な倍率で拡大投影する。
【００２９】
拡散部１６は、投影光学系１５による投影位置又は結像位置（つまり、中間像ＴＩの結像予定位置又はその近傍）に配置される部材であり、配置変更装置である回転駆動部６４に駆動されて例えば一定速度で基準軸ＳＸの周りに回転する。つまり、回転駆動部６４は、拡散部１６（具体的には、後述する回転体１６ａの中間スクリーン１９）に、光軸ＡＸ方向に沿った可動範囲内において周期運動を行わせる。また、回転駆動部６４は、表示制御部１８の制御下で動作しており、位置検出素子６５による中間スクリーン１９の配置検出結果に基づいて、中間スクリーン１９の回転位置や回転速度に対する描画デバイス１１の投影タイミングを調整している。回転駆動部６４は、リアルタイムでフィードバックをかけて調整してもよいし、予め設定されたタイミングで調整してもよい。なお、回転駆動部６４の駆動制御が正確である場合、位置検出素子６５を省略することができる。
【００３０】
図４（Ａ）及び４（Ｂ）に示すように、画像表示装置１００に組み込まれる拡散部１６は、全体として円板に近い輪郭を有する螺旋状の回転体１６ａと、回転体１６ａを支持する中心軸部１６ｒとを有する。
【００３１】
回転体１６ａは、中央部１６ｃと外周光学部１６ｐとを有する。回転体１６ａの外周光学部１６ｐに形成された一方の表面１６ｆ（本実施形態では、投影光学系１５側又は＋Ｙ側の面）は、平滑面又は光学面に形成されており、表面１６ｆ上には、全域に亘って中間スクリーン１９が形成されている。
【００３２】
中間スクリーン１９は、配光角を所望の角度に制御した環状の拡散板である。中間スクリーン１９は、回転体１６ａに貼り付けられるシートとできるが、回転体１６ａの表面に形成された微細な凹凸パターンであってもよい。さらに、中間スクリーン１９は、回転体１６ａの内部に埋め込むように形成されたものであってもよい。中間スクリーン１９は、入射した表示光ＨＫを拡散させることによって中間像ＴＩ又は強制中間像ＴＩ’を形成する（図２参照）。
【００３３】
回転体１６ａの外周光学部１６ｐに形成された他方の表面１６ｓ（本実施形態では、拡大光学系１７側の面）は、平滑面又は光学面に形成されている。回転体１６ａは、光透過性を有する螺旋状の部材であり、一対の表面１６ｆ，１６ｓは、基準軸ＳＸを螺旋軸とする螺旋面となっている。結果的に、一方の表面１６ｆ上に形成された中間スクリーン１９は、螺旋の１ピッチ分の範囲に形成されている。拡散部１６の周に沿った１箇所に段差状の境界部１６ｊが形成され、この境界部１６ｊは、螺旋端に対応する位置で光軸ＡＸ方向又は基準軸ＳＸ方向に例えば３０ｍｍ以下の距離段差又はピッチを与えるものとなっている。拡散部１６の境界部１６ｊは、中間スクリーン１９の境界部でもある。境界部１６ｊは、螺旋端間の段差を繋ぐとともに、拡散部１６を回転させる基準軸ＳＸを含む平面に対して傾斜した帯状の接続面１６ｋを有する。上記のように、回転体１６ａの一対の表面１６ｆ，１６ｓが基準軸ＳＸを螺旋軸とする螺旋面であることから、回転体１６ａは、基準軸ＳＸ又は光軸ＡＸ方向に関して略等しい厚みｔを有する。
【００３４】
図４（Ａ）に示すように、回転体１６ａにおいて、周方向に沿った１箇所は、本体光学系１３の光軸ＡＸが通る機能領域ＦＡとなっており、機能領域ＦＡにおける中間スクリーン１９の部分によって中間像ＴＩが形成される。機能領域ＦＡは、中間スクリーン１９において、複数の位置に設定されている。中間スクリーン１９の機能領域ＦＡにおける分割数は、適宜変更することができる。図５（Ａ）に示すように、本実施形態において、画像表示装置１００は、７つの虚像距離に表示像ＩＭを表示可能となっており、回転体１６ａの機能領域ＦＡは、表示像ＩＭに対応する各カラー画像を構成するＧＲＧＢの個色画像（本実施形態では、２８個の個色画像）に応じて中間スクリーン１９を７分割した区分ＡＲ１〜ＡＲ７に対応して配置されている。各機能領域ＦＡは、１つのカラー画像を構成するＧＲＧＢの個色画像を１つのまとまりとした場合、７つのカラー画像を異なる虚像距離に形成するように７つの区分ＡＲ１〜ＡＲ７に振り分けられている。なお、各区分ＡＲ１〜ＡＲ７のＧＲＧＢは、便宜上空間的配置が異なるように示されているが、実際には空間的配置ではなく表示タイミングが異なる。本実施形態では、区分ＡＲ１は、中間スクリーン１９が最も近い側（拡大光学系１７側）の位置に配置されており、区分ＡＲ７は、中間スクリーン１９が最も遠い側（投影光学系１５側）の位置に配置されている。区分ＡＲ１〜ＡＲ７は、反時計回りに順に例えば等間隔に分割されて配置されている。各区分ＡＲ１〜ＡＲ７内に設定された複数の機能領域ＦＡを介して表示される各区分ＡＲ１〜ＡＲ７に対応する表示像ＩＭは、略同一の虚像距離での画像表示となる。
【００３５】
この機能領域ＦＡは、回転体１６ａの回転に伴って回転体１６ａ上において一定速度で移動し回転体１６ａ上で周回する（図４（Ｃ）参照）。図示の例では、中間スクリーン１９が螺旋の１周期に対応する範囲に形成されているため、回転体１６ａの１回転で中間スクリーン１９が空間的に移動し、中間スクリーン１９の機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩは、光軸ＡＸ方向に段差に相当する距離Ｄだけ移動することになる（図４（Ｂ）参照）。
【００３６】
中間スクリーン１９が光軸ＡＸに垂直な方向の面において螺旋形状を有しているため、中間スクリーン１９を複数周期（本実施形態では４周期）移動させることで、一連の虚像距離の個色画像を投影することができ、虚像距離に応じたカラー画像を表示することができる。表示制御部１８は、１つのカラー画像を構成する４つの個色画像を中間スクリーン１９の４回の周期移動に分けて投影させる。これにより、中間スクリーン１９が１周期目のある位置に配置されるときに、その位置に対応する虚像距離のＧＲＧＢのいずれか１つの個色画像を投影し、２〜４周期目の同じ位置のタイミングにおいて、各周期に対応する残りの３つの個色画像を１つずつ投影する。ここで、同じ位置とは、略同じ位置であることを含み、中間スクリーン１９が同一の制限範囲内に配置されていることを意味する。結果的に、図５（Ａ）の区分ＡＲ１〜ＡＲ７に対応する機能領域ＦＡの位置に応じた虚像距離に、対応する表示像ＩＭが投影される。
【００３７】
なお、投影光学系１５は、拡散部１６に設けた中間スクリーン１９の位置によってピントぼけが生じないように、機能領域ＦＡの移動範囲以上の所定の焦点深度を有する。
【００３８】
図２に戻って、位置検出素子６５は、中間スクリーン１９の位置を検出するものであり、中間スクリーン１９又は中間スクリーン１９の検出可能位置に設けられる。ここで、中間スクリーン１９の検出可能位置とは、例えば中間スクリーン１９の動作を認識可能な中間スクリーン１９付近の領域を意味する。これにより、中間スクリーン１９の位置をより正確に検出することができる。位置検出素子６５としては、例えばフォトインタラプター、ホール素子、ロータリーエンコーダー等が用いられる。図２では、位置検出素子６５がフォトインタラプターの例を示している。図示は省略するが、フォトインタラプターは、発光部と受光部とで構成されている。図示の例では、回転体１６ａの外周部付近に位置検出素子６５が設けられており、回転体１６ａの外周部上の１か所に反射率が異なる反射部材６６が設けられている。反射部材６６は、回転体１６ａの１周に１度、位置検出素子６５の発光部から射出された光を位置検出素子６５の受光部に向けて反射する。位置検出素子６５での発光部での光射出のタイミングと受光部での光受光のタイミングとによって回転体１６ａの回転速度を計測することで、結果的に、中間スクリーン１９の回転角度や回転位置（機能領域ＦＡの光軸ＡＸ方向の位置を含む）といった位置情報を求めることができる。なお、位置検出の精度を上げるため、回転体１６ａに反射部材６６を複数設けてもよい。
【００３９】
拡大光学系１７は、拡散部１６に形成された中間像ＴＩを表示スクリーン２０と協働して拡大し、運転者ＵＮの前方の表示スクリーン２０越しに虚像としての表示像ＩＭを形成する。拡大光学系１７は、少なくとも１枚のミラーで構成されるが、図示の例では２枚のミラー１７ａ，１７ｂを含む。
【００４０】
表示制御部１８は、拡散部１６の中間スクリーン１９が制限範囲内に配置されたときに、描画デバイス１１にカラー画像を構成する４つの個色画像を描画させる。既に説明したように、４つの個色画像の合成による１つのカラー画像の表示は、中間スクリーン１９の周期運動の４周期の期間をかけて行われている。具体的には、表示制御部１８は、描画デバイス１１が１つのカラー画像を描画する際に、描画デバイス１１によってＧの画像を２回描画させ、Ｒの画像とＢの画像との描画の間にＧの画像を描画させる（図５（Ａ）参照）。この場合、Ｇを２回描画させることにより１回のＧの出力を抑えることができＧのフリッカーをより抑えることができる。
【００４１】
表示制御部１８は、所定の描画パターンに従って１つのカラー画像を構成する４つの個色画像を中間スクリーン１９の周期運動の４周期単位内に投影する画像パターン切替部１１ｂを有している。画像パターン切替部１１ｂにより、中間スクリーン１９の４周期分の回転で１つのカラー画像の個色画像を所定のタイミングで対応する同一又は略同一の虚像距離に投影することができる。画像パターン切替部１１ｂは、異なる虚像距離に表示されるカラー画像に対して、虚像距離に応じた個色画像の投影順序及び個色画像の投影タイミングを変更する。これにより、虚像距離に応じたカラー画像（４つの個色画像を重ねた画像）を色滲みを低減して表示することができる。
【００４２】
表示制御部１８は、画像を描画する描画デバイス１１のＧ出力をＲ出力及びＢ出力に対してＧ出力がＲ出力及びＢ出力の総量よりも相対的に少なくなる所定の出力差となるように、Ｇ出力と、Ｒ出力及びＢ出力との少なくとも一方を調整している。Ｇの出力が強い場合、フリッカーが目立つため、Ｇの出力をＲ出力及びＢ出力に対して相対的に低くする。
【００４３】
表示制御部１８は、描画デバイス１１が１つのカラー画像を描画する際に、ＧＲＧＢの描画（４つの個色画像による描画）のように描画デバイス１１によってＧの画像を２回描画させる場合に、Ｇの画像を２回描画するパターンでのＧ出力を、ＲＧＢの描画（３つの個色画像による描画）のようにＧの画像を１回描画するパターンでのＧ出力の１／２の出力にしている。これにより、色バランスを崩さずに、１つのカラー画像に対応するＧの描画回数を増やすことができ、全体的なＲＧＢの出力を調整しやすくすることができる。
【００４４】
表示制御部１８は、以下の条件式を満たさないように描画デバイス１１のＲ出力、Ｇ出力、及びＢ出力の少なくともいずれかを調整する。
Ｌｇ×α≧（Ｌｒ×β＋Ｌｂ×γ）    …    （１）
ここで、値ＬｒはＲ出力量であり、値ＬｇはＧ出力量であり、値ＬｂはＢ出力量であり、値α、β、及びγは使用光源、フィードバック構成、及び光学構成によって決まる係数である。値Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ、α、β、及びγは投影する画像の色に依存する。なお、値α、β、及びγは表示装置の使用環境によっても変動しうるものである。また、値α、β、及びγは、値Ｌｒ、Ｌｇ、及びＬｂや表示される画像の色に応じて場合分けのテーブルが予め設定されている。テーブルには、基本的にＧＲＧＢ又はＲＧＢの描画がされているときに成り立つ値が格納されているが、１色又は２色の描画における値が格納されていてもよく、この場合、描画されていない色に対応する値Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂについては仮の値が格納されている。
【００４５】
図２等に示す画像表示装置１００において、表示制御部１８の制御下で回転駆動部６４を動作させることで、拡散部１６が基準軸ＳＸの周りに回転し、回転体１６ａ又は中間スクリーン１９が光軸ＡＸと交差する位置（つまり機能領域ＦＡ）も光軸ＡＸ方向に移動する。つまり、例えば図４（Ｃ）に示すように、回転体１６ａの回転に伴って、中間スクリーン１９上の機能領域ＦＡは、例えば元の機能領域ＦＡ１から等角度でずれた位置に設定された隣接する機能領域ＦＡ２，ＦＡ３に順次シフトし、光軸ＡＸ方向に移動する。このような機能領域ＦＡの光軸ＡＸ方向への移動により、中間像ＴＩの位置も光軸ＡＸ方向に移動させることができる。拡散部１６が基準軸ＳＸの周りに回転することで、機能領域ＦＡに対応する中間像ＴＩの位置が光軸ＡＸ方向に繰り返し周期的に移動し、拡大光学系１７によって表示スクリーン２０の背後に形成される虚像としての表示像ＩＭと観察者である運転者ＵＮとの距離を大きく、又は小さくすることができる。このように、表示制御部１８の制御下で、投影される表示像ＩＭの位置を前後に変化させるとともに、描画デバイス１１による表示内容をその位置に応じたものとすることで、表示像ＩＭまでの投影距離又は虚像距離を変化させつつ表示像ＩＭの表示内容を変化させることになり、一連の投影像としての表示像ＩＭを３次元的なものとすることができる。
【００４６】
本実施形態の画像表示装置１００において、１つの虚像が色毎に異なるタイミグで投影されても、同じ投影距離に投影された場合、切替時間が短ければ、運転者ＵＮにはカラー画像として認識される。より詳細に説明すると、回転体１６ａの機能領域ＦＡには、表示像ＩＭに対応する各カラー画像を構成するＧＲＧＢの画像が異なるタイミングで投影される。画像投影時に回転体１６ａは回転しているため、ＧＲＧＢの画像は、回転体１６ａの対応する領域に順に投影されることとなる。回転体１６ａ上に設けられた中間スクリーン１９の光軸ＡＸ方向の位置が略同じになる領域に１つのカラー画像に対応するＧＲＧＢの画像を投影すれば、所定の虚像距離に表示像ＩＭである該当するカラー画像が表示される。機能領域ＦＡは、回転体１６ａの回転に伴って回転体１６ａ上において一定速度で移動する。光軸ＡＸ上の位置が略同じ領域内の機能領域ＦＡにカラー画像を構成するＧＲＧＢの画像を高速で切替えつつ順に投影すれば、結果的にＧＲＧＢの画像を複合させたカラー画像に対応する仮想的な複合機能領域が区分ＡＲ１〜ＡＲ７（図５（Ａ）参照）に対応して離散的に設けられていることとなり、所定の投影位置で表示像（虚像）ＩＭが表示される。
【００４７】
図５（Ｂ）は、拡散部１６の回転に伴う中間像ＴＩの位置の変化と個色画像の表示タイミングとの関係を具体的に例示する図である。拡散部１６の機能領域ＦＡは、光軸ＡＸ方向に沿って鋸歯状の経時パターンＰＡで繰り返し周期的に移動しており、中間像ＴＩの位置も描画デバイス１１が連続表示を行っている場合、図示のように光軸ＡＸ方向に沿って鋸歯状の経時パターンＰＡで繰り返し周期的に移動する。つまり、中間像ＴＩの位置は、境界部１６ｊに対応する箇所で不連続的ながら、拡散部１６の回転に伴って連続的かつ周期的に変化する。この結果、図示を省略するが、表示像ＩＭの位置も、スケールは異なるが、中間像ＴＩの位置と同様に光軸ＡＸ方向に沿って繰り返し周期的に移動し、虚像距離を連続的に変化させることができる。ここで、描画デバイス１１は、連続表示を行うものでなく、表示内容を切り替えつつ間欠的な表示を行うものであるから、４つの個色画像を合成したカラー画像に対応する中間像ＴＩの表示位置も鋸歯状の経時パターンＰＡ上における離散的な表示位置Ｐ１〜Ｐ７となる。
【００４８】
図５（Ａ）及び５（Ｂ）を参照して、描画デバイス１１は、画像パターン切替部１１ｂを用いて、各区分ＡＲ１〜ＡＲ７に形成すべき個色画像を所定の描画パターンで時間順列的に表示する。１〜４周期目に投影する描画パターンは、虚像距離に応じて予め割り当てられており、１つの周期において各区分に１つ設定された個色画像が順次表示され、結果的にＧＲＧＢの順に表示される。中間スクリーン１９の１〜４周期のうち略同じ虚像距離の範囲に対応する区分では、一方の表示タイミングにおいて、ＧＲＧＢの個色画像のうち少なくとも１つの個色画像を対応する区分に表示させ、他方の表示タイミングで残りの個色画像を１周期目と同じ区分に表示させる。これにより、同じ所定の虚像距離又は制限範囲において、カラー画像が表示される。
【００４９】
図５（Ａ）、５（Ｂ）、及び図６に示すように、描画デバイス１１は、描画デバイス１１と中間スクリーン１９との距離が所定の距離になったときに所定の個色画像を表示する。本実施形態では、各周において、区分ＡＲ１〜ＡＲ７に対応する個色画像を表示する。図５（Ａ）では、説明の都合上、１周目のＧＲＧＢ表示を最も内側に示し、２周目以降のＧＲＧＢ表示を順に外側に示している。具体的には、まず、虚像距離が最も近い位置に対応する中間スクリーン１９の区分ＡＲ１上にＧの個色画像Ｇ１を表示する。次に、同じ虚像距離に対応する２周目の区分ＡＲ１にＲの個色画像Ｒ１を表示する。同様に、３周目の区分ＡＲ１にＢの個色画像Ｂ１を表示し、４周目の区分ＡＲ１にＧの個色画像Ｇ１を表示する。区分ＡＲ２〜ＡＲ７についても同様に、所定の表示タイミングに従って対応するＧＲＧＢの個色画像を表示する。結果的に、中間スクリーン１９の４周期分で虚像距離が異なる７つのカラー画像が得られ、対応する虚像距離に各表示像ＩＭが投影される。描画デバイス１１は、５周目以降も１〜４周目と同様の描画パターンで個色画像を表示させる。
【００５０】
図７は、移動体用表示システム２００を説明するブロック図であり、移動体用表示システム２００は、その一部として画像表示装置１００を含む。この画像表示装置１００は、図２に示す構造を有するものであり、ここでは説明を省略する。移動体用表示システム２００は、移動体である自動車等に組み込まれるものである。
【００５１】
移動体用表示システム２００は、画像表示装置１００のほかに、環境監視部７２と、主制御装置９０とを備える。
【００５２】
環境監視部７２は、前方に近接する自動車、自転車、歩行者等を識別する部分であり、外部用カメラ７２ａと、外部用画像処理部７２ｂと、判断部７２ｃとを備える。外部用カメラ７２ａは、車体２内外の適所に設置されており、運転者ＵＮ又はフロントウインドウ８の前方、側方等の外部画像を撮影する。外部用画像処理部７２ｂは、外部用カメラ７２ａで撮影した画像に対して明るさ補正等の各種画像処理を行って判断部７２ｃでの処理を容易にする。判断部７２ｃは、外部用画像処理部７２ｂを経た外部画像からオブジェクトの抽出又は切り出しを行うことによって自動車、自転車、歩行者等の対象物の存否を検出するとともに、外部画像に付随する奥行情報から車体２前方における対象物の空間的な位置を算出する。
【００５３】
外部用カメラ７２ａは、図示を省略しているが、例えば複眼型の３次元カメラである。つまり、外部用カメラ７２ａは、結像用のレンズと、ＣＭＯＳその他の撮像素子とを一組とするカメラ素子をマトリックス状に配列したものであり、撮像素子用の駆動回路をそれぞれ有する。外部用カメラ７２ａを構成する複数のカメラ素子は、例えば奥行方向の異なる位置にピントを合わせるようになっており、或いは相対的な視差を検出できるようになっており、カメラ素子から得た画像の状態（フォーカス状態、オブジェクトの位置等）を解析することで、画像内の各領域又はオブジェクトまでの距離を判定できる。
【００５４】
なお、上記のような複眼型の外部用カメラ７２ａに代えて、２次元カメラと赤外距離センサーとを組み合わせたものを用いても、撮影した画面内の各部（領域又はオブジェクト）に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。また、複眼型の外部用カメラ７２ａに代えて、２つの２次元カメラを分離配置したステレオカメラによって、撮影した画面内の各部（領域又はオブジェクト）に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。その他、単一の２次元カメラにおいて、焦点距離を高速で変化させながら撮像を行うことによっても、撮影した画面内の各部（領域又はオブジェクト）に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。
【００５５】
表示制御部１８は、主制御装置９０の制御下で虚像表示光学系３０を動作させて、表示スクリーン２０の背後に虚像距離が変化する３次元的な表示像ＩＭを表示させる。表示制御部１８は、主制御装置９０を介して環境監視部７２から受信した表示形状や表示距離を含む情報から、虚像表示光学系３０に表示させる表示像ＩＭを生成する。また、表示制御部１８は、表示像ＩＭを構成するＧＲＧＢの個色画像を生成し、中間スクリーン１９に表示する順序やタイミング等を割り振り、描画パターンを切替えることで各個色画像を中間スクリーン１９に表示する。表示像ＩＭは、例えば表示スクリーン２０の背後に存在する自動車、自転車、歩行者その他の対象物に対して、その奥行き方向等に関して周辺に位置するフレーム枠ＨＷ（図８参照）のような標識とすることができる。
【００５６】
主制御装置９０は、画像表示装置１００、環境監視部７２等の動作を調和させる役割を有し、環境監視部７２によって検出した対象物の空間的な位置に対応するように、虚像表示光学系３０によって投影されるフレーム枠ＨＷの空間的な配置を調整する。
【００５７】
図８は、具体的な表示状態を説明する斜視図である。観察者である運転者ＵＮの前方は観察視野に相当する検出領域ＶＦとなっている。図８では、検出領域ＶＦに３つの表示像ＩＭを投影する例を挙げている。検出領域ＶＦ内、つまり道路及びその周辺に、歩行者等である人のオブジェクトＯＢ１，ＯＢ３や、自動車等である移動体のオブジェクトＯＢ２が存在すると考える。この場合、主制御装置９０は、画像表示装置１００によって３次元的な表示像（虚像）ＩＭを投影させ、各オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３に対して関連情報像としてのフレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３を付加する。この際、運転者ＵＮから各オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３までの距離が異なるので、フレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３を表示させる表示像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３までの虚像距離は、運転者ＵＮから各オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３までの距離に相当するものとなっている。
【００５８】
なお、表示像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３の虚像距離は、離散的であり、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３までの現実の距離に対して常に正確に一致させるということはできない。ただし、表示像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３の虚像距離と、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３までの現実の距離との差が大きくなければ、運転者ＵＮの視点が動いても視差が生じにくく、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３とフレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３との配置関係を略維持することができる。
【００５９】
図９（Ａ）は、図５（Ｂ）に対応し、図９（Ｂ）は、図８中の表示像ＩＭ３又はフレーム枠ＨＷ３に対応し、図９（Ｃ）は、図８中の表示像ＩＭ２又はフレーム枠ＨＷ２に対応し、図９（Ｄ）は、図８中の表示像ＩＭ１又はフレーム枠ＨＷ１に対応している。図９（Ａ）〜９（Ｄ）より明らかなように、表示像ＩＭ１は、回転体１６ａの機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩの全部又は一部が表示位置ＰＯ１を中心とする所定範囲内の位置にあるときの投影像又は表示像に対応する。同様に、表示像ＩＭ２は、回転体１６ａの機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩの全部又は一部が表示位置ＰＯ２を中心とする所定範囲内の位置にあるときの投影像又は表示像に対応し、表示像ＩＭ３は、回転体１６ａの機能領域ＦＡ又は中間像ＴＩの全部又は一部が表示位置ＰＯ３を中心とする所定範囲内の位置にあるときの投影像又は表示像に対応する。中間像ＴＩの移動を基準とする４周期でみた場合、順に、表示位置ＰＯ１に対応する表示像ＩＭ１又はフレーム枠ＨＷ１が表示され、表示位置ＰＯ２に対応する表示像ＩＭ２又はフレーム枠ＨＷ２が表示され、表示位置ＰＯ３に対応する表示像ＩＭ３又はフレーム枠ＨＷ３が表示される。以上の４周期が視覚的に短ければ、表示像ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３の切替えが非常に速くなり、観察者である運転者ＵＮは、フレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３を奥行きがある画像として同時に観察していると認識する。
【００６０】
図１０は、主制御装置９０の動作を説明する概念図である。まず、主制御装置９０は、環境監視部７２を利用してオブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３を検出した場合、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３に対応するフレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３に対応するカラー画像の表示データを生成し、不図示の記憶部に保管する（ステップＳ１１）。その後、主制御装置９０は、ステップＳ１１で得た表示データを、対応する表示ゾーン（中間スクリーン１９の区分ＡＲ１〜ＡＲ７に対応）に振り分けるようなデータの変換を行う（ステップＳ１２）。具体的には、オブジェクトＯＢ１，ＯＢ２，ＯＢ３の位置に応じて、対応するフレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３を対応する虚像距離の表示ゾーンのいずれか１つに割り当てる。次に、主制御装置９０は、フレーム枠ＨＷ１，ＨＷ２，ＨＷ３に対応する表示データを割り当てた表示ゾーンに適合するように加工し、不図示の記憶部に保管する（ステップＳ１３）。具体的には、表示データからＧＲＧＢの個色画像を生成し、表示ゾーン毎に表示する順序及びタイミングを割り当てる。最後に、主制御装置９０は、ステップＳ１３で得た表示データを、回転駆動部６４の動作に同期して表示制御部１８に出力し、描画デバイス１１に回転体１６ａの機能領域ＦＡに応じた表示動作を行わせる（ステップＳ１４）。同期の取り方として、例えば表示制御部１８に設けた不図示のＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御部を用いてサーボ機構を動作させ、描画デバイス１１の動作、中間スクリーン１９の動作等のフィードバック制御を行う。サーボ機構は、ＰＩＤ制御部を介して、描画デバイス１１の発光タイミングや、回転体１６ａの回転数又は回転速度等が設定値から外れた場合に、設定値になるようにこれらを自動制御する。なお、描画デバイス１１及び回転駆動部６４の動作が安定した後も描画デバイス１１と回転駆動部６４の同期状態は一定期間毎又は定常的に監視することが好ましい。
【００６１】
以上で説明した画像表示装置１００によれば、画像を描画する描画デバイス１１のＧ出力をＲ出力及びＢ出力に対してＧ出力がＲ出力及びＢ出力の総量よりも相対的に少なくなる所定の出力差となるように、Ｇ出力と、Ｒ出力及びＢ出力との少なくとも一方を調整することにより、Ｇ出力を相対的に目立たなくし、虚像である表示像ＩＭのちらつきを抑えることができる。例えば、所定の出力差となるように、Ｇ出力がＲ出力及びＢ出力と比較してある一定比率以上に大きくなった際にＧの出力比率を下げる、又はＲ出力比率及びＢ出力比率を上げる。
【００６２】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る表示装置について説明する。なお、第２実施形態の表示装置は第１実施形態の表示装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。
【００６３】
本実施形態の画像表示装置１００において、表示制御部１８は、画像パターン切替部１１ｂによってＧＲＧＢの描画パターンとＲＧＢの描画パターンとを切替えて画像の表示を行う。つまり、画像表示装置１００は、描画デバイス１１が１つのカラー画像を描画する際に、描画デバイス１１によってＧの画像を２回描画させ、Ｒの画像とＢの画像との描画の間にＧの画像を描画させるパターンと、Ｇの画像を１回描画させ、Ｒの画像とＢの画像との描画の間にＧの画像を描画させるパターンとを切替える構成となっている。これにより、周囲の環境や表示内容に応じて画像の描画パターンを切替えることができる。Ｇを２回描画させる場合には１回のＧの出力を抑えることでＧのフリッカーをより抑えることができ、Ｇを１回描画させる場合には描画回数を減らすことで虚像を速く投影することができる。
【００６４】
１つのカラー画像をＲＧＢで描画する場合、表示制御部１８は、拡散部１６の中間スクリーン１９が制限範囲内に配置されたときに、描画デバイス１１にカラー画像を構成する３つの個色画像を描画させる。３つの個色画像の合成による１つのカラー画像の表示は、中間スクリーン１９の周期運動の３周期の期間をかけて行われている。ＲＧＢの描画パターンにおいても、描画デバイス１１の各色の出力は、条件式（１）を満たさないことが好ましい。
【００６５】
図１１（Ａ）及び１１（Ｂ）に示すように、１つのカラー画像をＲＧＢで描画する場合、１つの周期において各区分に１つ設定された個色画像が順次表示され、結果的にＲＧＢの順に表示される。中間スクリーン１９の１〜３周期のうち略同じ虚像距離の範囲に対応する区分では、一方の表示タイミングにおいて、ＲＧＢの個色画像のうち少なくとも１つの個色画像を対応する区分に表示させ、他方の表示タイミングで残りの個色画像を１周期目と同じ区分に表示させる。
【００６６】
図１１（Ａ）、１１（Ｂ）、及び図１２に、１つのカラー画像をＲＧＢで描画する場合の描画パターンを示す。まず、虚像距離が最も近い位置に対応する中間スクリーン１９の区分ＡＲ１上にＲの個色画像Ｒ１を表示する。次に、同じ虚像距離に対応する２周目の区分ＡＲ１にＧの個色画像Ｇ１を表示する。同様に、３周目の区分ＡＲ１にＢの個色画像Ｂ１を表示する。区分ＡＲ２〜ＡＲ７についても同様に、所定の表示タイミングに従って対応するＲＧＢの個色画像を表示する。結果的に、中間スクリーン１９の３周期分で虚像距離が異なる７つのカラー画像が得られ、対応する虚像距離に各表示像ＩＭが投影される。描画デバイス１１は、４周目以降も１〜３周目と同様の描画パターンで個色画像を表示させる。
【００６７】
以上では、具体的な実施形態としての表示装置について説明したが、本発明に係る表示装置は、上記のものには限られない。例えば、図２等に示す投影光学系１５や拡大光学系１７は、単なる例示であり、これら投影光学系１５及び拡大光学系１７の光学的構成については適宜変更することができる。
【００６８】
上記実施形態において、描画デバイス１１を構成する表示デバイス６としては、ＤＭＤに限らず、様々な動作原理に基づくものを用いることができる。例えば、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）等の反射型の素子、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：liquid crystal display）や、他の種類の表示デバイス、例えば有機ＥＬを用いてもよい。
【００６９】
上記実施形態において、中間スクリーン１９は、螺旋状のものに限らず、板状で光軸方向に往復移動するものであってもよく、厚みが異なる複数領域を有し複数領域を光路上に順次置き換えて光路長を変化させるようなものであってもよい。この場合、位置検出素子６５は、中間スクリーン１９の構成に対応した中間スクリーン１９の位置検出が可能なものを用いる。
【００７０】
上記実施形態において、画像表示装置１００の配置を上下反転させて、フロントウインドウ８の上部又はサンバイザー位置に表示スクリーン２０を配置することもできる。この場合、描画ユニット１０の斜め下方前方に表示スクリーン２０が配置される。上記実施形態では表示スクリーン２０を平面又は凹面としたが、対称性をもたない自由曲面であってもよい。
【００７１】
上記実施形態において、表示スクリーン２０の輪郭は、矩形に限らず、様々な形状とすることができる。
【００７２】
上記実施形態において、１つのカラー画像を構成するＧＲＧＢ又はＲＧＢの個色画像を描画する際の中間スクリーン１９の周期は適宜変更することができ、１周期でも２周期以上でもよい。この場合、個色画像が表示される中間スクリーン１９の位置が略同じになるように、回転体１６ａの形状、表示位置、描画パターン等を適宜変更する。また、第２実施形態の画像表示装置１００に描画パターンを切替可能な構成の場合、ＧＲＧＢ及びＲＧＢの組み合わせに限らず、単色又は２色との組み合わせとしてもよい。また、条件式（１）を満たさなければ、ＲＧＢのみの描画パターンを採用してもよい。
【００７３】
上記実施形態において、表示制御部１８は、受光センサー部６３で得た発光量に基づくフィードバックによってＲ出力、Ｇ出力、及びＢ出力を調整したが、所定の設定値に基づいて描画デバイス１１の出力を制御してもよい。ここで、所定の設定値とは、画像のちらつき防止を想定したＲＧＢの出力値である。この場合、予め画像のちらつき防止を想定した設定値でＲＧＢの出力を調整することができる。例えば表示像ＩＭにＧの個色画像が含まれる場合、予め設定されたテーブルやフィルター等を用いて結果的にＧの出力をＲ出力及びＢ出力の総量に対して相対的に減少させる。
【符号の説明】
【００７４】
５…照明光学系、  ６…表示デバイス、  ８…フロントウインドウ、  １０…描画ユニット、  １１…描画デバイス、  １３…本体光学系、  １５…投影光学系、  １６…拡散部、  １６ａ…回転体、  １７…拡大光学系、  １８…表示制御部、  １９…中間スクリーン、  ２０…表示スクリーン、  ３０…虚像表示光学系、  ６３…受光センサー部、  ６４…回転駆動部、  ６５…位置検出素子、  ７２…環境監視部、  ９０…主制御装置、  １００…画像表示装置、  ２００…移動体用表示システム、  ＡＸ…光軸、  ＦＡ，ＦＡ１，ＦＡ２，ＦＡ３…機能領域、  ＨＫ…表示光、  ＨＴ…瞳、  ＩＭ，ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３…表示像、  ＳＸ…基準軸、  ＴＩ…中間像、  ＵＮ…運転者
【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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