(57)【要約】【課題】背景の急激な輝度変化に対して、観察者３にとって望ましくない表示輝度の変化を抑制することで、表示情報の視認性を向上させることができる。【解決手段】移動体の前方に観察者３が視認する虚像４５（表示情報の一例）を表示させる表示装置１０Ａは、虚像４５の背景となる表示背景領域３５０（表示領域の一例）の少なくとも一部を含む輝度検出領域３００（周辺領域の一例）の輝度を示す輝度情報４５０を、特定のサンプリング時間ｔで取得し、取得した輝度情報４５０に基づいて、輝度検出領域３００の輝度変化を検出する。そして、表示装置１０Ａは、輝度変化を検出した場合、虚像４５の表示輝度を輝度検出領域３００の輝度に対応させるまでの遅延時間が、遅延許容時間Ｔ以内または遅延許容時間Ｔより短くなるように、虚像４５の表示輝度を示す表示輝度情報５００を決定し、決定した表示輝度情報５００を用いて、虚像４５を表示させる。【選択図】図１１
2019179172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の前方に観察者が視認する表示情報を表示させる表示装置であって、
前記表示情報の背景となる表示領域の少なくとも一部を含む周辺領域の輝度を示す輝度情報を、特定の周期で取得する取得手段と、
前記取得された輝度情報に基づいて、前記周辺領域の輝度変化を検出する検出手段と、
前記輝度変化が検出された場合、前記表示情報の表示輝度を前記周辺領域の輝度に対応させるまでの遅延時間が、遅延許容時間以内または当該遅延許容時間より短くなるように、前記表示輝度を示す表示輝度情報を決定する決定手段と、を備え、
前記決定された表示輝度情報を用いて、前記表示情報を表示させる表示装置。
【請求項２】
前記決定手段は、表示輝度を前記周辺領域の輝度に対応させるまでの遅延時間が、遅延許容時間以内または当該遅延許容時間より短くなるように、前記周期に基づく前記輝度情報の取得回数を特定する、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記決定手段は、下記（式１）の条件を満たすように前記取得回数を特定する、請求項２に記載の表示装置。
【数１】
2019179172.tif 000007
（上記（式１）中、ｎは前記取得回数を表し、ｔは前記周期を表し、Ｔは前記遅延許容時間を表す。）
【請求項４】
前記検出手段は、前記輝度変化を検出した場合、前記検出した輝度変化の状態を判定し、
前記決定手段は、前記判定された状態に対応する前記遅延許容時間に基づいて、前記表示輝度情報を決定する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表示装置であって、更に、
光を発散する光学素子と、
光源から射出された光によって、前記光学素子を二次元走査する走査部と、を備え、
前記光学素子から発散された発散光によって結像される虚像を表示させる、表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の表示装置と、
前記周辺領域の輝度を検出する検出装置と、
前記光学素子から発散された発散光を反射させる反射部材と、
前記光学素子から発散された発散光を前記反射部材に向けて投射して虚像を結像させる結像光学系と、
を備える表示システム。
【請求項７】
請求項６に記載の表示システムを備え、
前記反射部材は、フロントガラスである移動体。
【請求項８】
移動体の前方に観察者が視認する表示情報を表示させる表示装置が実行する表示輝度制御方法であって、
前記表示情報の背景となる表示領域の少なくとも一部を含む周辺領域の輝度を示す輝度情報を、特定の周期で取得する取得ステップと、
前記取得された輝度情報に基づいて、前記周辺領域の輝度変化を検出する検出ステップと、
前記輝度変化が検出された場合、前記表示情報の表示輝度を前記周辺領域の輝度に対応させるまでの遅延時間が、遅延許容時間以内または当該遅延許容時間より短くなるように、前記表示輝度を示す表示輝度情報を決定する決定ステップと、
前記決定された表示輝度情報を用いて、前記表示情報を表示させる表示ステップと、
を実行する表示輝度制御方法。
【請求項９】
コンピュータに、請求項８に記載の表示輝度制御方法を実行させるプログラム。
【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、表示輝度制御方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等の移動体において、少ない視線移動で運転者（観察者）に各種情報（車両情報、警告情報、ナビゲーション情報等）を視認させるアプリケーションとして、ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）等の表示装置が利用されている。車両に搭載される表示装置において、車両周囲の輝度に応じて、運転者が視認しやすいように、表示の輝度を制御する技術が知られている。
【０００３】
一方で、表示の輝度を車両周囲の輝度の変化に追従させた場合、周囲の輝度の急激な変化による表示のちらつき等が発生して、運転者にとって表示の視認性が損なわれることが考えられる。そこで、車両周囲の輝度の急激な変化による表示のちらつきを低減させることにより、運転者の表示の視認性を高める技術が知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１は、表示輝度の調整の応答性を低下させることなく表示輝度の変更による表示のちらつきを低減するため、今回の照度値と前回判定時の照度値との差の絶対値が所定の閾値未満である場合は照度変化がないと判定し、今回の照度値と前回判定時の照度値との差の絶対値が前記閾値以上である場合は照度変化があると判定し、所定の第一の回数連続して照度変化があると判定される場合に、今回の照度値に応じて発光表示器の表示輝度を調整する内容を開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、表示輝度の応答性を落とさないことを目的としているため、背景輝度の急激な変化（例えば、太陽光が入り込んだ場合等）が発生した場合には、表示輝度も急激に変化するため、観察者にとって望ましくない輝度変化となり、表示情報の視認性が低下してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る表示装置は、移動体の前方に観察者が視認する表示情報を表示させる表示装置であって、前記表示情報の背景となる表示領域の少なくとも一部を含む周辺領域の輝度を示す輝度情報を、特定の周期で取得する取得手段と、前記取得された輝度情報に基づいて、前記周辺領域の輝度変化を検出する検出手段と、前記輝度変化が検出された場合、前記表示情報の表示輝度を前記周辺領域の輝度に対応させるまでの遅延時間が、遅延許容時間以内または当該遅延許容時間より短くなるように、前記表示輝度を示す表示輝度情報を決定する決定手段と、を備え、前記決定された表示輝度情報を用いて、前記表示情報を表示させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、背景の急激な輝度変化に対して、観察者にとって望ましくない表示輝度の変化を抑制することで、表示情報の視認性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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】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３】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４】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５】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】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７】２次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。
【図８】第１の実施形態に係る表示システムの概略を説明するための図である。
【図９】第１の実施形態に係る表示システムにおける輝度検出領域の概略を説明するための図である。
【図１０】第１の実施形態に係る表示システムにおける輝度検出領域と表示背景領域との関係の一例を説明するための図である。
【図１１】第１の実施形態に係る表示装置における表示輝度情報の決定処理の一例を概略的に説明するための図である。
【図１２】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１３】第１の実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示す図である。
【図１４】第１の実施形態に係る表示輝度制御部の詳細な機能構成の一例を示す図である。
【図１５】第１の実施形態に係る輝度情報管理テーブルの一例を示す図である。
【図１６】第１の実施形態に係る遅延許容時間情報の一例を示す図である。
【図１７】第１の実施形態に係る表示装置のおける表示輝度の制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図１８】観察者の視界における急激な輝度変化の影響の具体例（その１）を説明するための図である。
【図１９】観察者の視界における急激な輝度変化の影響の具体例（その２）を説明するための図である。
【図２０】第１の実施形態に係る表示システムにおける遅延許容時間について説明するための図である。
【図２１】第１の実施形態に係る表示システムにおける遅延許容時間を説明するための図である。
【図２２】第１の実施形態の変形例に係る輝度検出領域と表示背景領域との関係の一例を説明するための図である。
【図２３】第２の実施形態に係る表示装置における表示輝度の制御処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
●実施形態●
●システム構成
図１は、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１に示す表示システム１は、表示装置１０から投射される投射光を、透過反射部材に投射させることによって観察者３に表示情報を視認させるシステムである。表示情報は、観察者３の視界に虚像４５として重畳して表示させる画像情報である。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
表示システム１は、表示装置１０、自由曲面ミラー３０およびフロントガラス５０を備える。表示装置１０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１０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１０は、例えば、自動車のダッシュボード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。
【００１４】
表示装置１０は、光源装置１１、光偏向装置１３、スクリーン１５を備える。光源装置１１は、光源から出射されたレーザ光を、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色のレーザ光を合成したレーザ光を照射してもよい。光源装置１１から射出されたレーザ光は、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。
【００１５】
光偏向装置１３は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等を利用してレーザ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から射出したレーザ光は、スクリーン１５に走査される。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。
【００１６】
スクリーン１５は、レーザ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。スクリーン１５は、光偏向装置１３から射出されたレーザ光がスクリーン１５上に走査されることによって、スクリーン１５上に二次元像である中間像４０を形成する。
【００１７】
ここで、表示装置１０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４０を形成する「パネル方式」と、光源装置１１から射出されたレーザ光を走査手段で走査して中間像４０を形成する「レーザ走査方式」がある。
【００１８】
実施形態に係る表示装置１０は、後者の「レーザ走査方式」を採用する。「レーザ走査方式」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１０は、投射方式として「パネル方式」を用いてもよい。
【００１９】
スクリーン１５から射出されたレーザ光（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、中間像４０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、所定の回転軸を中心として回転可能に設置されてもよい。これにより、自由曲面ミラー３０は、スクリーン１５から射出したレーザ光（光束）の反射方向を調整し、虚像４５の表示位置を変化させることができる。
【００２０】
ここでは、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、一定の集光パワーを有するように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１０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（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。なお、自由曲面ミラー３０は、凹面ミラーやその他集光パワーを有する素子であってもよい。自由曲面ミラー３０は、結像光学系の一例である。
【００２１】
フロントガラス５０は、レーザ光（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画像情報である。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。フロントガラス５０は、反射部材の一例である。
【００２２】
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。
【００２３】
このような構成により、スクリーン１５から射出されたレーザ光（光束）は、自由曲面ミラー３０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４０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。
【００２４】
●光源装置
図２は、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、およびレンズ１１７を含む。
【００２５】
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、互いに異なる波長λＲ，λＧ，λＢ（例えばλＲ＝６４０ｎｍ，λＧ＝５３０ｎｍ，λＢ＝４４５ｎｍ）のレーザ光（光束）を放射する。
【００２６】
放射された各レーザ光（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（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。
【００２７】
アパーチャ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂにより整形された各レーザ光（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光（光束）を反射または透過し、１つの光束に合成する。合成された光束は、レンズ１１７を通り、光偏向装置１３に導かれる。
【００２８】
●光偏向装置
図３は、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、走査部の一例である。
【００２９】
ミラー１３０は、光源装置１１から射出されたレーザ光をスクリーン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。
【００３０】
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。
【００３１】
●スクリーン
図４は、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から射出されたレーザ光を結像させる。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。スクリーン１５は、光学素子の一例である。
【００３２】
図４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、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。
【００３３】
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。
【００３４】
図５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５（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、干渉ノイズの発生を抑制する。
【００３５】
図５（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、干渉ノイズとして視認される。
【００３６】
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５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。
【００３７】
図６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、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、レーザ光を射出する。各光源素子から射出され光路合成されたレーザ光は、図６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。
【００３８】
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、数十Ｈｚ程度の遅い周波数で副走査方向（Ｙ軸方向）に片道走査する。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１０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。
【００３９】
一画面を描画する時間、すなわち１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、１フレーム分の走査時間は、２０ｍｓｅｃとなる。
【００４０】
図７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７に示すように、中間像４０が描画される（画像データに応じて変調された光が照射される）画像領域６１（有効走査領域）と、画像領域６１を取り囲むフレーム領域６２を含む。
【００４１】
走査範囲は、スクリーン１５における画像領域６１とフレーム領域６２の一部（画像領域６１の外縁近傍の部分）を併せた範囲とする。図７において、走査範囲における走査線の軌跡は、ジグザグ線によって示される。図７において、走査線の本数は、便宜上、実際よりも少なくしている。
【００４２】
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。画像領域６１は、矩形または平面である必要はなく、多角形または曲面であってもよい。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。さらに、画像領域６１は、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。
【００４３】
スクリーン１５は、走査範囲における画像領域６１の周辺領域（フレーム領域６２の一部）に、受光素子を含む同期検知系６０が備える。図７において、同期検知系６０は、画像領域６１の−Ｘ側かつ＋Ｙ側の隅部に配置される。同期検知系６０は、光偏向装置１３の動作を検出して、走査開始タイミングや走査終了タイミングを決定するための同期信号をＦＰＧＡ１００１に出力する。
【００４４】
●第１の実施形態●
●概要
続いて、図８乃至図２１を用いて、第１の実施形態に係る表示システム１Ａの構成について説明する。まず、図８乃至図１１を用いて、第１の実施形態に係る表示システム１Ａの概要を説明する。
【００４５】
図８は、第１の実施形態に係る表示システムの概略を説明するための図である。図８に示す表示システム１Ａは、急激な背景輝度の変化に対して、観察者３にとって望ましくない表示輝度の変化を抑制することで、表示情報（虚像４５）の視認性を向上させることができるシステムである。
【００４６】
表示システム１Ａは、図１に示した表示システム１の構成に加え、輝度センサ７０を備える。輝度センサ７０は、表示システム１を構成する車両の前方の路面の輝度（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８に示すように、輝度センサ７０は、例えば、自動車のフロントガラス５０の上部に設置されている。
【００４７】
輝度センサ７０は、単一の光電変換素子等であってもよいし、２次元アレイセンサであってもよいし、車載カメラのような撮像素子であってもよい。輝度センサ７０は、図９に示すように、車両前方の路面を含む領域（輝度検出領域３００）の輝度（照度）を検出可能な位置に設置される。
【００４８】
なお、輝度センサ７０の設置位置は、図８に示した例に限られず、例えば、自動車のダッシュボード上に設置されてもよい。また、輝度センサ７０は、自動車のオートライト機能を実現するために設けられた照度センサや、雨滴に反応して自動車のワイパーを作動させるために設けられたレインセンサによって代用されてもよい。さらに、本実施形態は、輝度センサ７０が表示装置１０Ａと別体に設けられている例を説明するが、輝度センサ７０は、表示装置１０Ａに内蔵されていてもよい。
【００４９】
図１０は、第１の実施形態に係る表示システムにおける輝度検出領域と表示背景領域との関係の一例を説明するための図である。図１０に示す画像は、自動車の運転者（観察者３）が、フロントガラス５０を介して視認する自動車前方の風景画像である。図１０は、観察者３によって視認される風景画像上における輝度検出領域３００と表示背景領域３５０との関係を示す。
【００５０】
表示背景領域３５０は、表示装置１０Ａから出力される表示情報（虚像４５）を、風景画像（背景画像）に重畳して表示させる領域である。すなわち、自動車の運転者（観察者３）は、表示背景領域３５０の領域内において、虚像４５を視認することができる。表示背景領域３５０は、表示装置１０Ａによって表示される表示情報および表示情報の背景画像となる車両前方の路面を含む。なお、表示情報の背景画像は、路面に限られず、車両前方に位置する建造物の外壁、標識、空等の車両周辺の風景であってもよい。
【００５１】
輝度検出領域３００は、表示背景領域３５０並びにその周囲の路面、建造物の外壁、標識もしくは空等の風景を含む。ここで、輝度検出領域３００は、少なくとも表示装置１０Ａによって表示される表示情報を観察者３が視認する空間の空間断面を含む領域である。
【００５２】
表示装置１０Ａは、表示装置１０Ａが搭載された自動車の周囲の輝度をサンプリングすることで、表示情報を重畳させる領域である表示背景領域３５０の輝度変化を監視する。輝度検出領域３００は、周辺領域の一例である。また、表示背景領域３５０は、表示領域の一例である。
【００５３】
図１０に示す輝度検出領域３００は、表示背景領域３５０を内包している。また、輝度検出領域３００の領域内には、表示背景領域３５０の領域外の領域が存在する。この表示背景領域３５０の領域外の領域は、表示情報を重畳させる領域ではないため、本来は輝度変化のサンプリング対象としたくない領域である。
【００５４】
ここで、例えば、輝度検出領域３００の領域内であるが表示背景領域３５０の領域外である領域において、前方車両の方向指示器の点滅等による比較的短い周期での輝度の変化（以下、周期的ノイズと称する）が発生する場合が考えられる。この場合、輝度検出領域３００で検出された輝度データに基づいて表示情報の表示輝度を決定した場合、表示背景領域３５０の領域内における背景輝度は一定であるにも関わらず、表示情報（虚像４５）の表示輝度は変化してしまう。このような表示背景領域３５０の背景輝度の変化にそぐわない表示輝度の変化は、観察者３に違和感を与え、結果として表示情報の視認性を損なう要因となる。
【００５５】
そこで、第１の実施形態に係る表示システム１Ａは、輝度検出領域３００で検出された輝度の周期的ノイズに対して、表示情報の表示輝度をあえて追随させないことで、観察者３にとって不快な輝度変化を低減させ、表示情報の視認性を向上させることができる。
【００５６】
図１１は、第１の実施形態に係る表示装置における表示輝度情報の決定処理の一例を概略的に説明するための図である。図１１は、表示装置１０Ａが搭載された車両前方の背景輝度の変化（図１１に示す実線）、輝度センサ７０によってサンプリングされた輝度データ（図１１に示す●）、および表示装置１０Ａによって決定された表示情報の表示輝度を示す表示輝度情報５００（図１１に示す△）の情報を示す。
【００５７】
図１１に示すように、車両前方の背景輝度は、最初は低い輝度値（ＩＬ）であるが、途中で高い輝度値（ＩＨ）に急激に変化する。表示装置１０Ａは、例えば、車両前方に対向車両のヘッドライトや太陽光等の比較的大きい輝度の光が入り込んだ場合、図１１に示すような背景輝度の急激な変化を検出する。
【００５８】
また、輝度センサ７０は、輝度検出領域３００の領域内の輝度を示す輝度データを、所定のサンプリング周期でサンプリングする。図１１に示す例において、輝度センサ７０は、所定のサンプリング周期（サンプリング時間ｔ）で、輝度データのサンプリング（Ｓ１〜Ｓ１０）を行う。
【００５９】
輝度センサ７０によってサンプリングされた輝度データに対して、タイムラグなく表示輝度を追随させて変化させた場合、図１１に示すＳ４〜Ｓ６のような急激な輝度変化に対しても表示輝度が追随されることになる。そのため、観察者３に表示に対する違和感を与え、表示情報の視認性が悪化してしまう。一方で、背景輝度の変化に対して表示輝度を追随させる時間が長くなった場合においても、観察者３は、表示に対する遅れを感じるようになり、表示情報の視認性が悪くなる。
【００６０】
そこで、表示装置１０Ａは、背景輝度の急激な変化に表示輝度を追随させつつ、背景輝度の変化に対して程よい遅延を持たせることで、観察者３に与える違和感を低減させつつ、表示輝度を変化させる。
【００６１】
図１１に示すように、表示装置１０Ａは、サンプリングされた輝度データを用いて、表示輝度情報５００を決定する。表示装置１０Ａは、例えば、サンプリングされた輝度データの平均値を用いて、表示輝度情報５００を決定する。この場合、表示装置１０Ａは、平均値を算出するために用いる輝度データを、少なくとも１つ以上、段階的に変化させる。例えば、図１１に示すサンプリング番号Ｓ４のサンプリング時に決定される表示輝度情報５００は、サンプリング番号Ｓ１〜Ｓ４の輝度データの平均値となる。一方で、図１１に示すサンプリング番号Ｓ５のサンプリング時に決定される表示輝度情報５００は、サンプリング番号Ｓ２〜Ｓ５の輝度データの平均値となる。そして、図１１に示すサンプリング番号Ｓ９のサンプリング時に決定される表示輝度情報５００は、サンプリング番号Ｓ６〜Ｓ９の輝度データの平均値となる。このサンプリング番号Ｓ９のサンプリング時に決定される表示輝度情報５００は、背景輝度ＩＨの輝度値と同様の値になる。
【００６２】
このように、表示装置１０Ａは、輝度センサ７０によってサンプリングされた輝度データの平均値を用いて、表示輝度情報５００を決定する。そのため、表示装置１０Ａは、背景輝度の変化に対して、表示輝度の変化を平滑化させることで、表示輝度の変化に対して観察者３に与える違和感を低減させることができる。
【００６３】
また、表示装置１０Ａは、急激に変化した背景輝度の輝度値（ＩＨ）に、表示輝度を追随させるまでの時間を、遅延許容時間Ｔ以内に設定する。遅延許容時間Ｔは、表示輝度を背景輝度に追随させるまでの遅延時間の、観察者３に違和感を与えない許容範囲として設定された時間である。表示装置１０Ａは、遅延許容時間Ｔを示す遅延許容時間情報９０を、予め設定値として記憶している。ここで、輝度データのサンプリング時間（サンプリング周期）ｔ、遅延考慮処理回数ｎとした場合、表示装置１０Ａは、以下式１の条件を満たすように遅延考慮処理回数ｎを特定する。なお、サンプリング時間ｔは、一定値として、予め設定されているものとする。
【００６４】
【数１】
2019179172.tif 000003
【００６５】
ここで、遅延考慮処理回数ｎは、遅延許容時間Ｔ以内の遅延時間を設けて、表示輝度を背景輝度に追随させる遅延考慮処理を行う回数を示す。遅延考慮処理回数ｎは、例えば、輝度センサ７０によって輝度データがサンプリングされる回数（サンプリング回数）と同じであってもよい。この場合、表示装置１０Ａは、上記式１の条件を満たすように、輝度データのサンプリング時間（サンプリング周期）ｔに対応するサンプリング回数を特定する。なお、遅延考慮処理回数ｎは、輝度データのサンプリング回数より少ない回数であってもよい。
【００６６】
上記式１に示すように、表示装置１０Ａは、Ｔ／ｔ以下となる遅延考慮処理回数ｎを特定する。具体的には、例えば、遅延許容時間Ｔ＝１４００ｍｓｅｃ、サンプリング時間ｔ＝２５０ｍｓｅｃである場合、Ｔ／ｔ＝５．６となるため、表示装置１０Ａは、遅延考慮処理回数ｎを５回以下に設定（特定）し、５回以下（例えば、５回分）の遅延考慮処理を行う。この場合、表示装置１０Ａは、例えば、５回目の遅延考慮処理において、表示輝度を背景輝度に対応する輝度値［ｃｄ／ｍ２］になるように、表示輝度情報５００を決定する。
【００６７】
このように、表示装置１０Ａは、背景輝度の急激な変化に表示輝度を追随させつつ、背景輝度の変化に対して遅延許容時間Ｔ以内の時間、表示輝度の変化を遅延させる。そのため、表示装置１０Ａは、急激な背景輝度の変化に対して、観察者３にとって望ましくない表示輝度の変化を抑制することで、表示情報の視認性を向上させることができる。
【００６８】
●ハードウエア構成
図１２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１１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。
【００６９】
表示装置１０Ａは、表示装置１０Ａ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１０Ａ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。
【００７０】
ＦＰＧＡ１００１は、表示装置１０Ａ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１０Ａ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を制御するプログラムを記憶する記憶装置である。表示装置１０Ａは、例えば、本発明に係るプログラムをＣＰＵ１００２が実行することによって、本発明に係る表示輝度制御方法を実現する。ＲＡＭ１００４は、ＣＰＵ１００２のワークエリアとして機能する記憶装置である。
【００７１】
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、輝度センサ７０に接続される。輝度センサ７０は、Ｉ／Ｆ１００５を経由して制御装置１７へセンシングデータ（輝度データ）を送信する。
【００７２】
ＬＤ１００７は、例えば、光源装置１１の一部を構成する半導体発光素子である。ＬＤドライバ１００８は、ＬＤ１００７を駆動する駆動信号を生成する回路である。ＭＥＭＳ１００９は、光偏向装置１３の一部を構成し、走査ミラーを変位させるデバイスである。ＭＥＭＳコントローラ１０１０は、ＭＥＭＳ１００９を駆動する駆動信号を生成する回路である。モータ１０１１は、自由曲面ミラー３０の回転軸を回転させる電動機である。モータドライバ１０１２は、モータ１０１１を駆動する駆動信号を生成する回路である。
【００７３】
●機能構成
図１３は、第１の実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示す図である。表示装置１０Ａにより実現される機能は、車両情報受信部１７１、外部情報受信部１７２、表示輝度制御部１７８、画像生成部１７３および画像表示部１７４を含む。
【００７４】
車両情報受信部１７１は、ＣＡＮ等から自動車の情報（速度、走行距離等の情報）を受信する機能である。車両情報受信部１７１は、図１２に示したＩ／Ｆ１００５およびＣＰＵ１００２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。
【００７５】
外部情報受信部１７２は、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）を受信する機能である。外部情報受信部１７２は、図１２に示したＩ／Ｆ１００５およびＣＰＵ１００２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。
【００７６】
表示輝度制御部１７８は、表示装置１０Ａから出力される表示情報の表示輝度を制御する機能である。表示輝度制御部１７８は、図１２に示したＩ／Ｆ１００５およびＣＰＵ１００２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。表示輝度制御部１７８の詳細な構成は、後述する。
【００７７】
画像生成部１７３は、車両情報受信部１７１、外部情報受信部１７２および表示輝度制御部１７８により入力された情報に基づいて、中間像４０および虚像４５を表示させるための表示情報（画像情報）を生成する機能である。画像生成部１７３は、図１２に示したＣＰＵ１００２の処理、およびＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。
【００７８】
画像表示部１７４は、画像生成部１７３により生成された表示情報に基づいて、スクリーン１５に中間像４０を形成し、中間像４０を構成したレーザ光（光束）をフロントガラス５０に向けて投射して虚像４５を表示させる機能である。画像表示部１７４は、図１２に示したＣＰＵ１００２、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。
【００７９】
画像表示部１７４は、制御部１７５、中間像形成部１７６および投影部１７７を含む。制御部１７５は、中間像４０を形成するために、光源装置１１および光偏向装置１３の動作を制御する制御信号を生成する。また、制御部１７５は、虚像４５を所定の位置に表示させるために、自由曲面ミラー３０の動作を制御する制御信号を生成する。
【００８０】
中間像形成部１７６は、制御部１７５によって生成された制御信号に基づいて、スクリーン１５に中間像４０を形成する。投影部１７７は、観察者３に視認させる虚像４５を形成するために、中間像４０を構成したレーザ光を、透過反射部材（フロントガラス５０等）に投射させる。
【００８１】
続いて、表示輝度制御部１７８の詳細な機能構成について説明する。図１４は、第１の実施形態に係る表示輝度制御部の詳細な機能構成の一例を示す図である。表示輝度制御部１７８は、輝度情報取得部８１、サンプリング周期管理部８２、記憶・読出部８３、輝度変化検出部８４、表示輝度決定部８５および記憶部８００を含む。
【００８２】
輝度情報取得部８１は、輝度センサ７０によって検出された輝度データを含む輝度情報４５０を、輝度センサ７０から取得する機能である。輝度センサ７０によって検出される輝度データは、輝度検出領域３００の領域内における輝度値（照度値）を示すデータである。輝度情報取得部８１は、輝度情報４５０を、特定のサンプリング周期（サンプリング時間ｔ）で取得する。輝度情報取得部８１は、取得手段の一例である。
【００８３】
サンプリング周期管理部８２は、輝度センサ７０によって輝度データを検出するサンプリング周期を管理する機能である。サンプリング周期（サンプリング時間ｔ）は、設計値として予め設定されている。輝度情報取得部８１は、設定されたサンプリング周期に基づく検出された輝度データを含む輝度情報４５０を、輝度センサ７０から取得する。
【００８４】
サンプリング周期は、背景輝度に発生する周期的ノイズの周期よりも短いことが好ましい。背景輝度に発生する周期的ノイズの周期は、例えば、自動車の方向指示器（ウインカ）の点滅周期である。また、背景輝度に発生する周期的ノイズの周期は、路肩帯で点滅しているライトの点滅周期、自動車のワイパーの駆動周期等であってもよい。なお、周期的ノイズは、これに限られず、輝度センサ７０によって検出される比較的短い周期で発生する急激な輝度の変化であればよい。輝度センサ７０は、このような周期的ノイズの周期よりも短い間隔で、輝度データをサンプリングすることによって、観察者３にとって好ましくない輝度変化を検出することができる。輝度情報取得部８１は、設定されたサンプリング周期に基づいて検出された輝度データを含む輝度情報４５０を、輝度センサ７０から取得する。
【００８５】
記憶・読出部８３は、記憶部８００に各種データを記憶させ、または記憶部８００から各種データを読み出す機能である。記憶・読出部８３は、輝度情報取得部８１によって取得された輝度情報４５０を、記憶部８００の輝度情報管理テーブル４００に記憶させる機能である。記憶・読出部８３は、記憶制御手段の一例である。また、記憶部８００は、輝度情報管理テーブル４００および遅延許容時間情報９０を記憶している。輝度情報管理テーブル４００および遅延許容時間情報９０の詳細は、後述する。
【００８６】
輝度変化検出部８４は、背景輝度の輝度変化を検出する機能である。輝度変化検出部８４は、例えば、輝度情報取得部８１によって取得された輝度情報４５０が示す輝度値と、輝度情報管理テーブル４００に記憶された輝度情報４５０が示す輝度値とを比較して、所定値以上の差異がある場合、背景輝度の輝度変化を検出する。また、輝度変化検出部８４は、背景輝度の輝度変化を検出した場合、背景輝度が高くなったか、または背景輝度が低くなったかを判定する。なお、輝度変化を検出するための所定値は、予め設定値として表示装置１０Ａに記憶されている。輝度変化を検出するための所定値は、例えば、太陽光や対向車両のヘッドライト等に起因して発生する、背景輝度の急激な変化を検出可能な値に設定される。輝度変化検出部８４は、検出手段の一例である。
【００８７】
表示輝度決定部８５は、表示装置１０Ａから出力される表示情報の表示輝度を決定する機能である。表示輝度決定部８５は、例えば、輝度変化検出部８４によって背景輝度の輝度変化が検出された場合、表示輝度を背景輝度に対応させるまでの遅延時間が、遅延許容時間Ｔ以内または遅延許容時間Ｔより短くなるように、表示輝度を示す表示輝度情報５００を決定する。
【００８８】
具体的には、表示輝度決定部８５は、遅延許容時間Ｔ以内に、表示輝度が背景輝度の輝度値になるように、サンプリング周期（サンプリング時間ｔ）に基づく輝度情報４５０の遅延考慮処理回数を特定する。また、表示輝度決定部８５は、例えば、輝度情報管理テーブル４００に記憶された輝度情報４５０の代表値に基づいて、表示情報（虚像４５）の表示輝度を示す表示輝度情報５００を決定する。輝度情報４５０の代表値は、輝度情報管理テーブル４００に記憶された輝度情報４５０の値の特徴や傾向を示す尺度となる数値である。輝度情報４５０の代表値は、例えば、輝度情報管理テーブル４００に記憶された輝度情報４５０の平均値または中央値等である。表示輝度決定部８５は、決定手段の一例である。
【００８９】
○輝度情報管理テーブル
ここで、図１５を用いて、記憶部８００に記憶された輝度情報管理テーブルの詳細について説明する。図１５は、第１の実施形態に係る輝度情報管理テーブルの一例を示す図である。輝度情報管理テーブル４００は、輝度情報取得部８１によって取得された輝度情報４５０を記憶するための固定サイズを有するバッファ領域である。輝度情報管理テーブル４００は、記憶領域の一例である。
【００９０】
輝度情報管理テーブル４００は、輝度情報取得部８１によって取得された輝度情報４５０を、取得された時系列に沿って記憶していく。図１５に示す輝度情報管理テーブル４００において、記憶・読出部８３は、サンプリング番号（ｍ）「１」の領域から順番に、取得した輝度情報４５０を記憶させる。
【００９１】
輝度情報管理テーブル４００は、有限のサイズを有するため、サンプリング番号（ｍ）が上限まで達した場合、空き領域がなくなる。そのため、記憶・読出部８３は、輝度情報管理テーブル４００に空き領域がないと判断した場合、最も古い輝度情報４５０を削除すする。すなわち、記憶・読出部８３は、輝度情報管理テーブル４００のサンプリング番号（ｍ）「１」の領域に記憶された輝度情報４５０を削除して、サンプリング番号（ｍ）「２」以降の領域に記憶された輝度情報４５０のサンプリング番号（ｍ）を、一つずつ繰り上げる。
【００９２】
そして、記憶・読出部８３は、新たに取得された輝度情報４５０を、サンプリング番号（ｍ）の末尾の領域に記憶させる。例えば、輝度情報管理テーブル４００のサンプリング番号（ｍ）の上限が「４」である場合。記憶・読出部８３は、サンプリング番号（ｍ）「４」の領域に、新たに取得された輝度情報４５０を記憶させる。
【００９３】
なお、図１５は、輝度情報管理テーブル４００において、輝度情報４５０が輝度値［ｃｄ／ｍ２］を含む例を説明したが、輝度情報４５０は、照度値［ｌｘ（ルクス）］を含んでもよい。この場合、表示装置１０Ａは、輝度センサ７０によって検出された輝度検出領域３００の照度値［ｌｘ］（照度データ）を含む輝度情報４５０を取得し、取得した輝度情報４５０を輝度情報管理テーブル４００に記憶させる。
【００９４】
○遅延許容時間情報
続いて、図１６を用いて、記憶部８００に記憶された遅延許容時間情報９０の詳細について説明する。図１６は、第１の実施形態に係る遅延許容時間情報の一例を示す図である遅延許容時間情報９０は、表示輝度を背景輝度に追随させるまでの遅延時間の、観察者３に違和感を与えない許容範囲として設定された遅延許容時間Ｔを含む情報である。
【００９５】
遅延許容時間情報９０は、背景輝度の輝度変化の状態に応じて、異なる遅延許容時間Ｔを含む。具体的には、遅延許容時間情報９０は、背景輝度の輝度値が高くなった場合（暗→明）と背景輝度の輝度値が低くなった場合（明→暗）の場合に対応させた、２つの異なる遅延許容時間Ｔを含む。
【００９６】
例えば、背景輝度の輝度値が高くなった場合（暗→明）に対応する遅延許容時間Ｔは、１．７ｓである。一方で、背景輝度の輝度値が低くなった場合（明→暗）に対応する遅延許容時間Ｔは、２．０ｓである。
【００９７】
遅延許容時間Ｔは、例えば、表示情報を視認する観察者３の官能評価の統計として、観察者３の８０％が、表示輝度の変化に違和感がない遅延時間の範囲に設定される。表示装置１０Ａは、遅延許容時間情報９０に含まれる遅延許容時間Ｔが示す時間内に、表示輝度が背景輝度に対応するように、表示輝度を変化させることで、観察者３に与える違和感を低減させつつ、表示情報の視認性を向上させることができる。
【００９８】
また、表示装置１０Ａは、背景輝度の輝度変化の状態（暗→明、明→暗）に応じて、異なる遅延許容時間Ｔを用いることで、背景輝度の輝度変化の状態に応じて、表示輝度を変化させるために要する遅延時間を異ならせることができる。なお、遅延許容時間情報９０に含まれる遅延許容時間Ｔの値は、これに限られず、表示装置１０Ａの設計者等によって適宜設定・変更可能である。また、遅延許容時間情報９０は、背景輝度の輝度変化の状態に関わらず、一つの遅延許容時間Ｔのみを含んでいてもよい。
【００９９】
●表示輝度の制御処理
次に、図１７を用いて、表示装置１０Ａにおける表示情報（虚像４５）の表示輝度の制御処理について説明する。図１７は、第１の実施形態に係る表示装置のおける表示輝度の制御処理の一例を示すフローチャートである。図１７は、表示装置１０Ａが、表示情報の表示輝度を背景輝度に追随させるまでの遅延時間を設けた遅延考慮処理、または背景輝度の周期的ノイズの影響を低減させる平滑化処理を実行する例を説明する。
【０１００】
ステップＳ１０１において、表示装置１０Ａの輝度情報取得部８１は、輝度センサ７０から輝度情報４５０を取得する（取得ステップの一例）。具体的には、輝度センサ７０は、サンプリング周期管理部８２によって予め定められたサンプリング周期によって、輝度検出領域３００の輝度データを検出する。輝度データは、輝度検出領域３００の領域内の輝度値［ｃｄ／ｍ２］である。なお、輝度データは、輝度検出領域３００の領域内の照度値［ｌｘ］であってもよい。そして、輝度情報取得部８１は、輝度センサ７０によって検出された輝度データを含む輝度情報４５０を、輝度センサ７０から取得する。
【０１０１】
なお、輝度センサ７０による輝度データのサンプリング周期と、輝度情報取得部８１による輝度情報４５０の取得周期は、必ずしも同じである必要はない。この場合、例えば、輝度センサ７０によって検出された輝度データを一時的に記憶するバッファを設け、輝度センサ７０は、サンプリング周期ごとに検出した輝度データを、当該バッファに記憶（更新）する。そして、輝度情報取得部８１は、サンプリング周期とは異なる取得周期で、バッファに記憶された輝度データを含む輝度情報４５０を取得する構成にしてもよい。一例として、輝度センサ７０は、２００ｍｓの周期で輝度データを検出し、輝度情報取得部８１は、１５０ｍｓの周期で、バッファに記憶された輝度データを含む輝度情報４５０を取得する。
【０１０２】
ステップＳ１０２において、表示装置１０Ａの記憶・読出部８３は、輝度情報管理テーブル４００に空き領域がある場合、処理をステップＳ１０４へ移行させる。一方で、記憶・読出部８３は、輝度情報管理テーブル４００に空き領域がない場合、処理をステップＳ１０３へ移行させる。
【０１０３】
輝度情報管理テーブル４００は、固定サイズを有するバッファ領域であるため、記憶された輝度情報４５０がサンプリング数の上限に達した場合、空き領域がない状態になる。そのため、表示装置１０Ａは、新たに輝度情報４５０を記憶するための領域を作成する必要があるため、輝度情報管理テーブル４００の空き領域の有無を判定する。例えば、サンプリング数の上限が４つであった場合、図１５に示す輝度情報管理テーブル４００は、サンプリング番号（ｍ）「４」の領域まで輝度情報４５０が記憶されているため、空き領域がない状態である。
【０１０４】
ステップＳ１０３において、表示装置１０Ａの記憶・読出部８３は、輝度情報管理テーブル４００に記憶された、最も古い輝度情報４５０を削除する。具体的には、記憶・読出部８３は、輝度情報管理テーブル４００に空き領域を作成するため、図１５に示す輝度情報管理テーブル４００に含まれるサンプリング番号（ｍ）「１」の領域に記憶された輝度情報４５０を削除する。記憶・読出部８３は、輝度情報管理テーブル４００から輝度情報４５０を削除した場合、処理をステップＳ１０４へ移行させる。
【０１０５】
ステップＳ１０４において、表示装置１０Ａの記憶・読出部８３は、輝度情報管理テーブル４００に、輝度情報取得部８１によって取得された輝度情報４５０を記憶させる。このとき、取得された輝度情報４５０の時系列を明確化するため、新たな輝度情報４５０は、輝度情報管理テーブル４００の末尾に記憶される。例えば、図１５に示した輝度情報管理テーブル４００において、サンプリング番号（ｍ）「３」の領域まで輝度情報４５０が記憶されている場合、記憶・読出部８３は、新たに取得した輝度情報４５０を、サンプリング番号（ｍ）「４」の領域に記憶させる。
【０１０６】
ステップＳ１０５において、表示装置１０Ａは、遅延考慮処理が行われている場合、処理をステップＳ１０９へ移行させる。一方で、表示装置１０Ａは、遅延考慮処理が行われていない場合、処理をステップＳ１０６へ移行させる。
【０１０７】
ステップＳ１０６において、表示装置１０Ａの輝度変化検出部８４は、輝度情報取得部８１によって取得された輝度情報４５０が示す輝度値［ｃｄ／ｍ２］に基づいて、背景輝度に所定値以上の輝度変化が検出した場合、処理をステップＳ１０７へ移行させる（検出ステップの一例）。具体的には、輝度変化検出部８４は、輝度情報取得部８１によって新たに取得された輝度情報４５０が示す輝度値［ｃｄ／ｍ２］と、輝度情報管理テーブル４００に記憶されている輝度情報４５０が示す輝度値［ｃｄ／ｍ２］とを比較して、所定値以上の差異がある場合、所定値以上の輝度変化を検出する。なお、輝度変化を検出するための所定値は、予め設定値として表示装置１０Ａに記憶されている。輝度変化を検出するための所定値は、例えば、太陽光や対向車両のヘッドライト等に起因して発生する、背景輝度の急激な変化を検出可能な値に設定される。
【０１０８】
また、輝度変化検出部８４は、背景輝度に所定値以上の輝度変化を検出した場合、検出した輝度変化の状態を判定する。例えば、輝度変化検出部８４は、背景輝度の輝度値［ｃｄ／ｍ２］の上昇（例えば、図１１に示すＩＬからＩＨへの輝度変化）、または背景輝度の輝度値［ｃｄ／ｍ２］の低下（例えば、図１１に示すＩＨからＩＬへの輝度変化）を判定する。そして、輝度変化検出部８４は、表示輝度決定部８５へ、判定結果を出力する。
【０１０９】
ステップＳ１０７において、表示装置１０Ａの表示輝度決定部８５は、記憶部８００に記憶された遅延許容時間情報９０を読み出す。具体的には、表示輝度決定部８５は、輝度変化検出部８４の判定結果である輝度変化の状態に対応する遅延許容時間Ｔを読み出す。輝度変化検出部８４によって背景輝度の輝度値が上昇したと判定された場合、表示輝度決定部８５は、例えば、図１６に示す輝度変化「暗→明」に対応する遅延許容時間Ｔを読み出す。
【０１１０】
ステップＳ１０８において、表示装置１０Ａの表示輝度決定部８５は、読み出した遅延許容時間Ｔに基づいて、遅延考慮処理を行う回数を特定する。遅延考慮処理回数は、遅延許容時間Ｔ以内の遅延時間を設けて、表示輝度を背景輝度に追随させる遅延考慮処理を行う回数を示す。遅延考慮処理回数は、例えば、輝度センサ７０によって輝度データがサンプリングされる回数（サンプリング回数）と同じであってもよい。この場合、表示装置１０Ａは、読み出した遅延許容時間Ｔに基づいて、輝度データのサンプリング回数を特定する。表示輝度決定部８５は、サンプリング時間（サンプリング周期）ｔ、遅延考慮処理回数ｎとした場合、以下式１の条件を満たすように、遅延考慮処理回数ｎを特定する。
【０１１１】
【数２】
2019179172.tif 000004
【０１１２】
例えば、Ｔ＝１４００ｍｓ、サンプリング時間ｔ＝２５０ｍｓである場合、Ｔ／ｔ＝５．６となる。この場合、表示装置１０Ａは、遅延考慮処理回数ｎを５回以下に特定する。これによって、表示輝度を背景輝度の輝度値［ｃｄ／ｍ２］に追随させるまでの時間（遅延時間）は、遅延許容時間Ｔの時間内に収められる。なお、上記で説明したように、輝度センサ７０による輝度データのサンプリング周期と、輝度情報取得部８１による輝度情報４５０の取得周期が異なる場合、サンプリング時間ｔは、輝度情報取得部８１による輝度情報４５０の取得周期の間隔（時間）であってもよい。
【０１１３】
ここで、表示装置１０Ａは、輝度センサ７０によって検出された輝度データを、表示情報の表示輝度に反映させるまで、所定の処理時間ｄを要する場合がある。処置時間ｄは、輝度センサ７０によって検出された輝度データを、輝度情報取得部８１によって輝度情報４５０として取得されるまでの時間（輝度センサ７０と表示装置１０Ａの通信時間）、表示輝度決定部８５による表示輝度情報５００の算出時間、表示輝度情報５００を用いて表示情報（虚像４５）を投射して表示されるまでの時間等が含まれる。
【０１１４】
この場合、表示装置１０Ａは、以下の式２の条件を満たすように、遅延考慮処理回数ｎを設定してもよい。これによって、表示装置１０Ａは、内部の処理時間を考慮して遅延時間を算出するため、表示輝度の制御処理の精度を高めることができる。
【０１１５】
【数３】
2019179172.tif 000005
【０１１６】
このように、表示輝度決定部８５は、表示輝度を背景輝度に追随させるまでの遅延時間が、遅延許容時間Ｔ以内になるように、遅延考慮処理回数ｎを特定する。そのため、表示装置１０Ａは、急激な背景輝度の変化が発生した場合においても、観察者３に違和感を与えない自然な表示を行うことができる。なお、輝度データのサンプリング周期（サンプリング時間ｔ）が一定である場合について説明したが、サンプリング周期（サンプリング時間ｔ）を変化させてもよい。この場合、表示装置１０Ａは、式１または式２の条件を満たすように、輝度データのサンプリング時のサンプリング時間ｔに基づいて、遅延考慮処理回数ｎを特定する。
【０１１７】
ステップＳ１０９において、表示装置１０Ａの表示輝度決定部８５は、輝度情報管理テーブル４００に記憶された輝度情報４５０の代表値を用いて、表示輝度情報５００を決定する（決定ステップの一例）。具体的には、表示輝度決定部８５は、輝度情報管理テーブル４００に記憶された輝度情報４５０の代表値を算出する。輝度情報４５０の代表値は、例えば、輝度情報管理テーブル４００に記憶された輝度情報４５０に含まれる輝度値［ｃｄ／ｍ２］の平均値または中央値等である。
【０１１８】
ここで、表示輝度決定部８５は、輝度情報管理テーブル４００に記憶された輝度情報４５０のうち、特定された遅延考慮処理回数ｎ分の輝度情報４５０の代表値を用いて、表示輝度情報５００を決定してもよい。また、表示輝度決定部８５は、輝度情報管理テーブル４００に記憶された全ての輝度情報４５０の代表値を用いて、表示輝度情報５００を決定してもよい。表示装置１０Ａは、表示輝度情報５００の決定に用いる輝度情報４５０の数が多いほど、表示輝度の変化を平滑化させることができる。
【０１１９】
なお、輝度センサ７０によって検出された輝度データが照度値［ｌｘ］である場合、表示輝度決定部８５は、輝度情報４５０に含まれる照度値［ｌｘ］の代表値を算出し、算出した値を、輝度値［ｃｄ／ｍ２］に変換する。照度値［ｌｘ］から輝度値［ｃｄ／ｍ２］への変換処理は、例えば、代表値として算出した照度値［ｌｘ］に、所定の定数を積算する等の方法によって行われる。また、輝度センサ７０によって検出された輝度データが照度値［ｌｘ］である場合、表示輝度決定部８５は、輝度情報４５０に含まれる照度値［ｌｘ］を輝度値へ変換した後、変換した輝度値の代表値を算出してもよい。
【０１２０】
ステップＳ１１０において、表示装置１０Ａの表示輝度決定部８５は、決定した表示輝度情報５００を、画像生成部１７３へ出力する。画像生成部１７３は、表示輝度情報５００が示す表示輝度の値を、表示情報（虚像４５）の表示輝度に反映する。そして、画像表示部１７４は、表示輝度情報５００が示す表示輝度を用いて、表示情報を表示させる（表示ステップの一例）。
【０１２１】
ステップＳ１１１において、表示装置１０Ａは、表示輝度決定部８５によって特定されたｎ回の遅延考慮処理が終了した場合、処理をステップＳ１１４へ移行させる。ステップＳ１１４において、表示装置１０Ａの表示輝度制御部１７８は、表示輝度の制御を継続する場合、ステップＳ１０１から処理を繰り返し行う。一方で、表示輝度制御部１７８は、表示輝度の制御を継続しない場合、処理を終了する。
【０１２２】
ステップＳ１１１において、表示装置１０Ａは、表示輝度決定部８５によって特定されたｎ回の遅延考慮処理の途中である場合、ステップＳ１０１からの処理を繰り返す。そして、表示装置１０Ａは、特定されたｎ回分の遅延考慮処理を繰り返すことによって、例えば、図１１に示すように、表示輝度を段階的に変化させて、遅延許容時間Ｔに示す時間内に、表示輝度を背景輝度の輝度値［ｃｄ／ｍ２］に対応させる。そのため、表示装置１０Ａは、急激な背景輝度の変化を検出した場合においても、程よい遅延を設けて表示輝度を変化させることで、観察者３に与える違和感を低減させつつ、表示輝度を背景輝度に追随させることができる。
【０１２３】
なお、ステップＳ１０９の処理は、表示輝度決定部８５が、表示輝度情報５００として、輝度情報管理テーブル４００に含まれる輝度情報４５０の代表値を算出する例を説明したが、表示輝度情報５００として決定される値は、これに限られない。表示輝度情報５００は、ｎ回目の遅延考慮処理において、背景輝度の輝度値［ｃｄ／ｍ２］に対応させさえすればよい。この場合、その間の１〜ｎ−１回目の遅延考慮処理における表示輝度情報５００は、輝度値［ｃｄ／ｍ２］が段階的に変化するように適宜設定されればよい。
【０１２４】
なお、表示装置１０Ａは、輝度センサ７０による輝度データのサンプリング周期で、上記ステップＳ１０１〜ステップＳ１０４までの輝度情報管理テーブル４００の更新処理を行い、サンプリング周期とは異なる処理周期で、上記ステップＳ１０５以降の処理を行う構成であってもよい。この場合、上記式１に示すサンプリング時間ｔは、ステップＳ１０５以降の処理における処理周期の間隔（時間）であってもよい。
【０１２５】
続いて、表示装置１０Ａにおいて急激な輝度変化が検出しない場合の処理について説明する。表示装置１０Ａは、背景輝度の急激な変化を検出しない場合、輝度情報４５０の平滑化処理を行うことによって、表示情報の視認性を向上させる。ステップＳ１０６において、表示装置１０Ａの輝度変化検出部８４は、輝度情報取得部８１によって取得された輝度情報４５０が示す輝度値［ｃｄ／ｍ２］に基づいて、所定値以上の輝度変化が検出されない場合、処理をステップＳ１１２へ移行させる。
【０１２６】
ステップＳ１１２において、表示装置１０Ａの表示輝度決定部８５は、輝度情報管理テーブル４００に記憶された輝度情報４５０を用いて、表示情報（虚像４５）の表示輝度を示す表示輝度情報５００を決定する。具体的には、表示輝度決定部８５は、例えば、輝度情報管理テーブル４００に記憶された輝度情報４５０の平均値を算出し、算出した平均値を表示輝度情報５００として決定する。また、表示輝度決定部８５は、例えば、輝度情報管理テーブル４００に記憶された輝度情報４５０の中央値を算出し、算出した中央値を表示輝度情報５００として決定する。
【０１２７】
ここで、表示装置１０Ａは、ステップＳ１０４までの処理が行われた場合、輝度情報管理テーブル４００には、今回の輝度情報４５０を取得した時刻から、輝度センサ７０のサンプリング周期にサンプリング数（バッファサイズ）を掛けた分の時間さかのぼった時刻までの輝度情報４５０を保持している状態になる。表示輝度決定部８５は、上記時間の間におけるすべての輝度情報４５０の代表値に基づいて、表示情報の表示輝度を示す表示輝度情報５００を決定する。
【０１２８】
ステップＳ１１３において、表示装置１０Ａの表示輝度決定部８５は、決定した表示輝度情報５００を、画像生成部１７３へ出力する。画像生成部１７３は、表示輝度情報５００が示す表示輝度の値を、表示情報（虚像４５）の表示輝度に反映する。そして、画像表示部１７４は、表示輝度情報５００が示す表示輝度を用いて、表示情報を表示させる（表示ステップの一例）。
【０１２９】
ステップＳ１１４において、表示装置１０Ａの表示輝度制御部１７８は、表示輝度の制御を継続する場合、ステップＳ１０１から処理を繰り返し行う。一方で、表示輝度制御部１７８は、表示輝度の制御を継続しない場合、処理を終了する。
【０１３０】
このように、表示装置１０Ａは、時系列に沿って取得した輝度情報４５０の代表値に基づいて、表示情報の表示輝度を制御することで、観察者３にとって望ましくない背景輝度のノイズの影響を低減させることができる。また、表示装置１０Ａは、取得した輝度情報４５０を、時系列に追加または削除を繰り返すことによって、取得された輝度情報４５０が表示輝度に反映されるまでの遅延を抑制することができ、背景輝度のノイズの影響を低減させることができる。
【０１３１】
なお、図１７のステップＳ１１２は、表示輝度決定部８５が輝度情報４５０の平均値を算出する例を説明したが、輝度情報４５０の平均値に限らず、表示輝度決定部８５は、輝度情報４５０の中央値を用いて、表示輝度情報５００を決定してもよい。さらに、表示輝度決定部８５は、算出した平均値や中央値に対して、予め定められた定数を積算した値を、表示輝度情報５００として決定してもよい。
【０１３２】
●具体例
ここで、図１８および図１９を用いて、運転者（観察者３）の視界における急激な輝度変化の具体例について説明する。図１８は、観察者の視界における急激な輝度変化の影響の具体例（その１）を説明するための図である。図１８（ａ）に示す画像は、車両に取り付けたドライブレコーダーを用いて撮影された前方の風景画像（背景画像）である。図１８（ａ）は、吹き抜けの構造になっている立体駐車場内部において、太陽光が内部に入り込んだ状況を示す。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）に示す画像の状況における、輝度検出領域３００で検出された輝度データ６００と、輝度データ６００に基づいて表示輝度の制御処理を行った処理データ６５０を示す。図１８（ｂ）のグラフにおいて、縦軸は、検出された輝度データの輝度値［ｃｄ／ｍ２］を示し、横軸は、輝度データを取得した時刻を示す。
【０１３３】
車両に搭載された輝度センサ７０は、車両前方の輝度検出領域３００に太陽光が入り込んだことによって、図１８（ｂ）に示すような急激な背景輝度の変化を検出する。図１８（ａ）に示す状況において、立体駐車場内部自体が暗いため、輝度のコントラストが大きくなり、突発的なノイズの影響が大きくなる。
【０１３４】
このとき、サンプリングされた輝度データに対して平滑化処理（例えば、図１７のステップＳ１１２の処理）のみが施された表示輝度の値は、サンプリングされた輝度データ（実際の背景輝度）よりも滑らかな輝度変化を示す。しかしながら、平滑化処理のみを施した表示輝度は、背景輝度の急激な変化に起因するノイズが残っており、このノイズの影響によって観察者３に表示の違和感を与えることとなる。
【０１３５】
一方で、サンプリングされた輝度データに対して遅延考慮処理（例えば、図１７のステップＳ１０７〜Ｓ１０９の処理）が施された表示輝度の値は、背景輝度の急激な変化による突発的なノイズの影響が、ほとんど見られないことがわかる。これは、表示装置１０Ａにおいて、遅延考慮処理によって背景輝度の変化に対して表示輝度の変化を遅延させたことで、突発的なノイズの影響による輝度値［ｃｄ／ｍ２］のピークを減衰させたためである。
【０１３６】
図１９は、観察者の視界における急激な輝度変化の影響の具体例（その２）を説明するための図である。図１９（ａ）に示す画像は、図１８（ａ）と同様に、車両に取り付けたドライブレコーダーを用いて撮影された前方の風景画像（背景画像）である。図１９（ａ）は、走行中の車両が日陰から日向へ移動した状況を示す。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示す画像の状況における、輝度検出領域３００で検出された輝度データ６００と、輝度データ６００に基づいて表示輝度の制御処理を行った処理データ６５０を示す。図１９（ｂ）のグラフにおいて、縦軸は、検出された輝度データの輝度値［ｃｄ／ｍ２］を示し、横軸は、輝度データを取得した時刻を示す。
【０１３７】
車両に搭載された輝度センサ７０は、車両前方の輝度検出領域３００に逆光が入り込んだことによって、図１９（ｂ）に示すような急激な背景輝度の変化を検出する。このとき、サンプリングされた輝度データに対して平滑化処理（例えば、図１７のステップＳ１１２の処理）のみが施された表示輝度の値は、サンプリングされた輝度データが示す実際の背景輝度よりも緩やかな輝度変化を示す。
【０１３８】
また、サンプリングされた輝度データに対して遅延考慮処理（例えば、図１７のステップＳ１０７〜Ｓ１０９の処理）が施された表示輝度の値は、平滑化処理のみを施した表示輝度の値よりも、さらに緩やかな輝度変化を示す。これは、表示装置１０Ａにおいて、遅延考慮処理によって、表示輝度を背景輝度に追随させるまでの遅延時間を設けたためである。
【０１３９】
図１９に示す状況において、表示装置１０Ａは、遅延考慮処理を行うことによって、平滑化処理のみを行った場合と比較して、表示輝度の輝度変化を緩やかにすることで、観察者３に与える表示の違和感を低減させることができる。一方で、図１９に示す状況において、背景輝度の輝度値の変化が大きいため、平滑化処理のみを行った場合と比較して、遅延時間が長くなっている。遅延時間が長すぎる場合、観察者３に与える違和感の原因となるため、遅延時間を遅延許容時間Ｔの範囲内になるようにする必要がある。図１９（ｂ）に示す例において、表示装置１０Ａは、遅延許容時間Ｔ＝１．４ｓに対して、約０．８ｓの遅延時間で、表示輝度を背景輝度の輝度値に対応させている。
【０１４０】
なお、図１８および図１９において、立体駐車場における入射光および日陰から日向への移動による逆光の影響について説明したが、本実施形態に係る表示輝度の制御処理は、これらの状況に限られない。本実施形態に係る表示輝度の制御処理は、急激な輝度変化が発生する様々な状況において適用可能である。
【０１４１】
●遅延許容時間
続いて、図２０および図２１を用いて、表示システム１Ａにおける遅延許容時間について説明する。図２０および図２１は、発明者らが行った、表示情報を視認する被験者（観察者３）に対する官能評価の統計結果を示す。
【０１４２】
図２０は、第１の実施形態に係る表示システムにおける遅延許容時間について説明するための図である。図２０（ａ）に示すグラフは、背景輝度が暗い状況から明るい状況へ背景輝度が大きく変化させた場合における、表示輝度の変化時間と被験者（観察者３）に与える違和感との関係を示す。図２０（ａ）のグラフにおいて、縦軸は、被験者（観察者３）の官能評価の統計として、被験者（観察者３）が表示輝度の輝度変化に対する違和感のない確率（％）を示し、横軸は、表示輝度の輝度変化の遅延時間（ｓ）を示す。
【０１４３】
図２０（ａ）は、背景輝度の輝度値を、１００［ｃｄ／ｍ２］〜５００［ｃｄ／ｍ２］に変化させた場合、１００［ｃｄ／ｍ２］〜１０００［ｃｄ／ｍ２］に変化させた場合、１００［ｃｄ／ｍ２］〜１８００［ｃｄ／ｍ２］に変化させた場合の３通りの輝度変化に対する統計結果を示す。いずれの場合も、表示輝度の輝度変化の遅延時間が長くなるにつれて、被験者（観察者３）に表示輝度の輝度変化に対する違和感を与えない確率は、低くなることがわかる。
【０１４４】
図２０（ｂ）は、図２０（ａ）のグラフにおいて、被験者（観察者３）の８０％が表示輝度の変化に違和感がないと感じた遅延時間を示す。図２０（ｂ）に示すように、背景輝度の輝度変化が大きいほど、被験者（観察者３）に与える違和感のない遅延時間は、短くなることがわかる。表示装置１０Ａは、被験者（観察者３）に与える違和感のない遅延時間が最も短い、１００［ｃｄ／ｍ２］〜１８００［ｃｄ／ｍ２］に背景輝度を変化させた場合の遅延時間を、遅延許容時間Ｔに設定するのが好ましい。この場合、遅延許容時間Ｔ＝１．４５ｓとなる。
【０１４５】
次に、図２１を用いて、背景輝度を明るい状況から暗い状況へ大きく変化させた場合について説明する。図２１（ａ）に示すグラフは、背景輝度が明るい状況から暗い状況へ大きく変化させた場合における、表示輝度の変化時間と被験者（観察者３）に与える違和感との関係を示す。図２１（ａ）のグラフにおいて、縦軸は、被験者（観察者３）の官能評価の統計として、被験者（観察者３）が表示輝度の輝度変化に対する違和感のない確率（％）を示し、横軸は、表示輝度の輝度変化の遅延時間（ｓ）を示す。
【０１４６】
図２１（ａ）は、背景輝度の輝度値を、５００［ｃｄ／ｍ２］〜１００［ｃｄ／ｍ２］に変化させた場合、１０００［ｃｄ／ｍ２］〜１００［ｃｄ／ｍ２］に変化させた場合、１８００［ｃｄ／ｍ２］〜１００［ｃｄ／ｍ２］に変化させた場合の３通りの輝度変化に対する統計結果を示す。いずれの場合も、表示輝度の輝度変化の遅延時間が長くなるにつれて、被験者（観察者３）に表示輝度の輝度変化に対する違和感を与えない確率は、低くなることがわかる。
【０１４７】
図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のグラフにおいて、被験者（観察者３）の８０％が表示輝度の変化に違和感がないと感じた遅延時間を示す。図２１（ｂ）に示すように、背景輝度の輝度変化が小さいほど、被験者（観察者３）に与える違和感のない遅延時間は、短くなることがわかる。表示装置１０Ａは、被験者（観察者３）に与える違和感のない遅延時間が最も短い、５００［ｃｄ／ｍ２］〜１００［ｃｄ／ｍ２］に背景輝度を変化させた場合の遅延時間を、遅延許容時間Ｔに設定するのが好ましい。この場合、遅延許容時間Ｔ＝１．９ｓとなる。
【０１４８】
このように、表示装置１０Ａは、表示情報（虚像４５）の表示輝度を背景輝度に追随させるまでの遅延時間が、観察者３が表示輝度の変化に違和感のない遅延許容時間Ｔ以内になるようにする。なお、遅延許容時間Ｔを設定するための統計値として用いる、観察者３が表示輝度の変化に違和感のない確率は、８０％に限られず、適宜調整可能である。
【０１４９】
また、図２０および図２１に示したように、観察者３が表示輝度の変化に違和感のない遅延時間は、輝度変化の状態（明るい状況から暗い状況、または暗い状況から明るい状況）に応じて異なる。そのため、表示装置１０Ａは、図１６に示した遅延許容時間情報９０のように、輝度変化の状態に応じて異なる遅延許容時間Ｔを設定しておくことで、より観察者３に違和感を与えないように、表示輝度を変化させることができる。なお、遅延許容時間Ｔは、輝度変化の状態のみならず、図２０および図２１に示したような輝度変化の大きさに応じて、異なる値が設定されてもよい。
【０１５０】
●第１の実施形態の効果
以上説明したように、第１の実施形態に係る表示システム１Ａは、背景輝度の輝度変化を検出した場合、遅延許容時間Ｔ以内の遅延時間を設けて、表示輝度を段階的に変化させる。そのため、表示システム１Ａは、急激な背景輝度の変化が発生した場合においても、観察者３に与える違和感を低減させつつ、表示情報の視認性を向上させることができる。また、表示システム１Ａは、背景輝度の輝度変化が検知されない場合、表示装置１０Ａに記憶された輝度情報４５０の代表値を用いて表示輝度情報５００を決定することで、急激な輝度変化の有無に依らずに、表示輝度の制御処理を継続して実施することができる。
【０１５１】
●第１の実施形態の変形例●
続いて、第１の実施形態の変形例の構成について説明する。なお、第１の実施形態と同一構成および同一機能は、同一の符号を付して、その説明を省略する。第１の実施形態に係る変形例に係る表示システムは、輝度センサ７０による輝度検出領域３００と表示背景領域３５０の位置関係が第１の実施形態とは異なるシステムである。
【０１５２】
図２２は、第１の実施形態の変形例に係る輝度検出領域と表示背景領域との関係の一例を説明するための図である。第１の実施形態は、図１０に示したように、輝度検出領域３００が表示背景領域３５０を内包している例を示したが、輝度検出領域３００と表示背景領域３５０の位置関係は、必ずしもこの例に限られない。
【０１５３】
図２２（ａ）に示す例は、輝度検出領域３０１の一部と表示背景領域３５１の一部とが重畳されている。同様に、図２２（ｂ）に示す例は、輝度検出領域３０２の一部と表示背景領域３５２の一部とが重畳されている。図２２（ｂ）に示す例は、図２２（ａ）と比較して、表示背景領域３５２の領域外の輝度検出領域３０２の範囲が、図２２（ａ）と比較して小さくなっている。表示装置１０Ａは、図２２（ｂ）に示す位置関係を適用した場合、図２２（ａ）の例と比較して、表示背景領域３５２に輝度変化に寄与しないノイズを検出する可能性を低減させることができる。
【０１５４】
図２２（ｃ）に示す例は、輝度検出領域３０３が表示背景領域３５３に内包されている。表示装置１０Ａは、図２２（ｃ）に示す位置関係を適用した場合、輝度検出領域３０３で検出された輝度データは、表示背景領域３５３の領域内の背景輝度の輝度を示すことになるため、表示背景領域３５３の背景輝度の変化を精度よく反映することができる。
【０１５５】
表示システム１Ａは、図２２（ａ）~（ｃ）に示すいずれの場合においても、図１７に示した表示輝度の制御処理を適用することができる。なお、図１０および図２２において、輝度検出領域と表示背景領域の少なくとも一部が重畳している例を示したが、輝度検出領域と表示背景領域は、必ずしも重なっていなくてもよい。
【０１５６】
●第２の実施形態●
続いて、第２の実施形態の構成について説明する。なお、第１の実施形態と同一構成および同一機能は、同一の符号を付して、その説明を省略する。第２の実施形態に係る表示システム１Ｂは、背景輝度の輝度値［ｃｄ／ｍ２］に基づいて、特定した遅延考慮処理回数分の表示輝度情報５００を固定値として決定し、決定した表示輝度情報５００を用いて、表示輝度を段階的に変化させる。
【０１５７】
図２３は、第２の実施形態に係る表示装置における表示輝度の制御処理の一例を示すフローチャートである。なお、図２３に示すステップ２０１〜ステップＳ２０４までの処理は、図１７に示したステップＳ１０１〜ステップＳ１０４までの処理と同様であるため、説明を省略する。なお、第１の実施形態と同様に、輝度情報４５０に含まれる値は、輝度値［ｃｄ／ｍ２］に限られず、照度値［ｌｘ］であってもよい。
【０１５８】
ステップＳ２０５において、表示装置１０Ｂは、遅延考慮処理が行われている場合、処理をステップＳ２１０へ移行させる。一方で、表示装置１０Ｂは、遅延考慮処理が行われていない場合、処理をステップＳ２０６へ移行させる。
【０１５９】
ステップＳ２０６において、表示装置１０Ｂの輝度変化検出部８４は、輝度情報取得部８１によって取得された輝度情報４５０が示す輝度値［ｃｄ／ｍ２］に基づいて、背景輝度の輝度変化を検出した場合、処理をステップＳ２０７へ移行させる。具体的には、輝度変化検出部８４は、輝度情報取得部８１によって新たに取得された輝度情報４５０が示す輝度値［ｃｄ／ｍ２］と、輝度情報管理テーブル４００に記憶されている輝度情報４５０が示す輝度値［ｃｄ／ｍ２］とを比較して、所定値以上の差異がある場合、所定値以上の輝度変化を検出する。なお、輝度変化を検出するための所定値は、予め設定値として表示装置１０Ｂに記憶されている。輝度変化を検出するための所定値は、例えば、太陽光や対向車両のヘッドライト等に起因して発生する、背景輝度の急激な変化を検出可能な値に設定される。
【０１６０】
また、輝度変化検出部８４は、背景輝度に所定値以上の輝度変化を検出した場合、検出した輝度変化の状態を判定する。例えば、輝度変化検出部８４は、背景輝度の輝度値［ｃｄ／ｍ２］の上昇（例えば、図１１に示すＩＬからＩＨへの輝度変化）、または背景輝度の輝度値［ｃｄ／ｍ２］の低下（例えば、図１１に示すＩＨからＩＬへの輝度変化）を判定する。そして、輝度変化検出部８４は、表示輝度決定部８５へ、判定結果を出力する。
【０１６１】
一方で、ステップＳ２０６において、表示装置１０Ｂの輝度変化検出部８４は、輝度情報取得部８１によって取得された輝度情報４５０が示す輝度値［ｃｄ／ｍ２］に基づいて、所定値以上の輝度変化を検出しない場合、処理をステップＳ２１２へ移行させる。ステップＳ２１２~ステップＳ２１４までの輝度データの平滑化処理の内容は、図１７に示したステップＳ１１２~ステップＳ１１４の内容と同様であるため、説明を省略する。
【０１６２】
ステップＳ２０７において、表示装置１０Ｂの表示輝度決定部８５は、記憶部８００に記憶された遅延許容時間情報９０を読み出す。具体的には、表示輝度決定部８５は、輝度変化検出部８４の判定結果である輝度変化の状態に対応する遅延許容時間Ｔを読み出す。輝度変化検出部８４によって背景輝度の輝度値が上昇したと判定された場合、表示輝度決定部８５は、例えば、図１６に示す輝度変化「暗→明」に対応する遅延許容時間Ｔを読み出す。
【０１６３】
ステップＳ２０８において、表示装置１０Ｂの表示輝度決定部８５は、読み出した遅延許容時間Ｔに基づいて、表示輝度情報５００を決定するための輝度情報４５０の遅延考慮処理回数ｎを特定する。遅延考慮処理回数ｎの特定方法は、図１７のステップＳ１０８に示した内容と同様であるため、説明を省略する。
【０１６４】
ステップＳ２０９において、表示装置１０Ｂの表示輝度決定部８５は、特定された遅延考慮処理回数のｎ回目で背景輝度に対応する輝度値［ｃｄ／ｍ２］になるように表示輝度を段階的に変化させるため、ｎ回分の表示輝度情報５００を固定値として決定する。具体的には、表示輝度決定部８５は、例えば、新たに取得した輝度情報４５０が示す輝度値が１０００［ｃｄ／ｍ２］、特定した遅延考慮処理回数が４回であった場合、４回目の表示輝度情報５００が示す輝度値が１０００［ｃｄ／ｍ２］になるように、４回分の表示輝度情報５００を特定する。この場合、表示輝度決定部８５は、それぞれの遅延考慮処理回数に対応する予め定められた定数を、現在の表示輝度と背景輝度の差分値に積算する。そして、表示輝度決定部８５は、積算された値を現在の表示輝度の値に加算することで、１〜４回目の遅延考慮処理回数に対応する表示輝度情報５００を決定する。
【０１６５】
例えば、１回目の定数が０．１６、２回目の定数が０．２５６、３回目の定数が０．６５５、４回目の定数が１．０であり、現在の表示輝度が５００［ｃｄ／ｍ２］、現在の背景輝度が１０００［ｃｄ／ｍ２］である場合について説明する。この場合、１回目の遅延考慮処理回数に対応する表示輝度情報５００は、現在の背景輝度と表示輝度の差分値である５００に対して１回目の定数０．１６を積算し、積算した値（８０）を現在の表示輝度の値に加算した「５８０［ｃｄ／ｍ２］」となる。同様に、２回目の遅延考慮処理回数に対応すする表示輝度情報５００は、「６２８［ｃｄ／ｍ２］」、３回目の遅延考慮処理回数に対応すする表示輝度情報５００は、「８２７．５［ｃｄ／ｍ２］」、４回目の遅延考慮処理回数に対応する表示輝度情報５００は、「１０００［ｃｄ／ｍ２］」となる。
【０１６６】
このように、表示装置１０Ｂの表示輝度決定部８５は、特定した遅延考慮処理回数のｎ回目の表示輝度情報５００が現在の背景輝度の輝度値［ｃｄ／ｍ２］になるように、途中の遅延考慮処理回数に対応する表示輝度情報５００を段階的に変化させる。
【０１６７】
ステップＳ２１０において、表示装置１０Ｂの表示輝度決定部８５は、決定した表示輝度情報５００を、画像生成部１７３へ出力する。画像生成部１７３は、表示輝度情報５００が示す表示輝度の値を、表示情報（虚像４５）の表示輝度に反映する。そして、画像表示部１７４は、表示輝度情報５００が示す表示輝度を用いて、表示情報を表示させる。
【０１６８】
ステップＳ２１１において、表示装置１０Ｂは、表示輝度決定部８５によって特定されたｎ回の遅延考慮処理が終了した場合、処理をステップＳ２１４へ移行させる。ステップＳ２１４において、表示装置１０Ｂの表示輝度制御部１７８は、表示輝度の制御を継続する場合、ステップＳ２０１から処理を繰り返し行う。一方で、表示輝度制御部１７８は、表示輝度の制御を継続しない場合、処理を終了する。
【０１６９】
ステップＳ２１１において、表示装置１０Ｂは、表示輝度決定部８５によって特定されたｎ回の遅延考慮処理の途中である場合、ステップＳ２０１からの処理を繰り返す。そして、表示装置１０Ｂは、特定されたｎ回分の遅延考慮処理を繰り返すことによって、例えば、図１１に示すように、表示輝度を段階的に変化させて、遅延許容時間Ｔに示す時間内に、表示輝度を背景輝度の輝度値に対応させる。そのため、表示装置１０Ｂは、急激な背景輝度の変化を検出した場合においても、程よい遅延を設けて表示輝度を変化させることで、観察者３に違和感を与えることなく、表示輝度を背景輝度に追随させることができる。
【０１７０】
●第２の実施形態の効果
このように、第２の実施形態に係る表示システムは、遅延許容時間Ｔ内に表示輝度を背景輝度に追随させるため、遅延考慮処理回数ｎ回分の表示輝度情報５００を背景輝度の輝度値［ｃｄ／ｍ２］に基づいて決定し、決定した表示輝度情報５００を用いて、表示輝度を段階的に変化させる。そのため、表示システム１Ｂは、遅延許容時間Ｔの範囲内の遅延時間を用いて、より自然な表示輝度の変化を実現させることができる。
【０１７１】
●まとめ●
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る表示装置は、移動体の前方に観察者３が視認する虚像４５（表示情報の一例）を表示させる表示装置１０Ａであって、虚像４５の背景となる表示背景領域３５０（表示領域の一例）の少なくとも一部を含む輝度検出領域３００（周辺領域の一例）の輝度を示す輝度情報４５０を、特定のサンプリング時間ｔ（周期の一例）で取得し、取得した輝度情報４５０に基づいて、輝度検出領域３００の輝度変化を検出する。そして、表示装置１０Ａは、輝度変化を検出した場合、虚像４５の表示輝度を輝度検出領域３００の輝度に対応させるまでの遅延時間が、遅延許容時間Ｔ以内または遅延許容時間Ｔより短くなるように、虚像４５の表示輝度を示す表示輝度情報５００を決定し、決定した表示輝度情報５００を用いて、虚像４５を表示させる。そのため、表示装置１０Ａは、急激な背景輝度の変化に対して、観察者３にとって望ましくない表示輝度の変化を抑制することで、表示情報の視認性を向上させることができる。
【０１７２】
また、本発明の一実施形態に係る表示装置は、虚像４５の表示輝度を輝度検出領域３００（周辺領域の一例）の輝度に対応させるまでの遅延時間が、遅延許容時間Ｔ以下または遅延許容時間Ｔより短くなるように、サンプリング時間ｔに基づく輝度情報４５０の遅延考慮処理回数ｎ（取得回数の一例）を特定する。そのため、表示装置１０Ａは、表示情報の表示輝度を背景輝度に対応させるまでの遅延時間を、観察者３が表示輝度の変化に違和感のない遅延許容時間Ｔの時間内に収めることで、表示情報の視認性を向上させることができる。
【０１７３】
さらに、本発明の一実施形態に係る表示装置は、下記（式１）の条件を満たすように、遅延考慮処理回数ｎ（取得回数の一例）を特定する。下記（式１）中、ｎは遅延考慮処理回数を表し、ｔはサンプリング時間（周期の一例）を表し、Ｔは遅延許容時間を表す。
【０１７４】
【数４】
2019179172.tif 000006
【０１７５】
そのため、表示装置１０Ａは、表示輝度を背景輝度に追随させるための遅延時間を、遅延許容時間Ｔの範囲内に時間内に収めることで、観察者３に違和感を与えない範囲で、表示輝度を背景輝度に追随させることができる。
【０１７６】
また、本発明の一実施形態に係る表示装置は、輝度検出領域３００（周辺領域の一例）の輝度変化を検出した場合、検出した輝度変化の状態を判定し、判定した輝度変化の状態に対応する遅延許容時間Ｔに基づいて、表示輝度情報５００を決定する。そのため、表示装置１０Ａは、背景輝度の輝度変化の状態（暗→明、明→暗）に応じて異なる遅延許容時間Ｔを用いることで、表示輝度を変化させるために要する遅延時間を異ならせることができる。
【０１７７】
さらに、本発明の一実施形態に係る表示システムは、光を発散するスクリーン１５（光学素子の一例）と、光源装置１１（光源の一例）から射出された光によって、スクリーン１５を二次元走査する光偏向装置１３（走査部の一例）と、を有し、スクリーン１５から発散された発散光によって結像される虚像４５を表示させる表示装置１０Ａを備える。また、表示システム１Ａは、輝度検出領域３００（周辺領域の一例）の輝度を検出する輝度センサ７０（検出装置の一例）と、スクリーン１５から発散された発散光を反射させるフロントガラス５０（反射部材の一例）と、スクリーン１５から発散された発散光をフロントガラス５０に向けて投射して虚像４５を結像させる自由曲面ミラー３０（結像光学系の一例）を備える。そのため、表示システム１Ａは、急激な背景輝度の変化に対して、観察者３にとって望ましくない表示輝度の変化を抑制することで、表示情報の視認性を向上させることができる。
【０１７８】
また、本発明の一実施形態に係る表示輝度制御方法は、移動体の前方に観察者３が視認する虚像４５（表示情報の一例）を表示させる表示装置１０Ａが実行する表示輝度制御方法であって、虚像４５の背景となる表示背景領域３５０（表示領域の一例）の少なくとも一部を含む輝度検出領域３００（周辺領域の一例）の輝度を示す輝度情報４５０を、特定の周期で取得する取得ステップと、取得された輝度情報４５０に基づいて、輝度検出領域３００の輝度変化を検出する検出ステップと、輝度変化が検出された場合、虚像４５の表示輝度を輝度検出領域３００（周辺領域の一例）の輝度に対応させるまでの遅延時間が、遅延許容時間Ｔ以下または遅延許容時間Ｔより短くなるように、虚像４５の表示輝度を示す表示輝度情報５００を決定する決定ステップと、決定された表示輝度情報５００を用いて、虚像４５を表示させる表示ステップと、を実行する。そのため、本発明の一実施形態に係る表示輝度制御方法は、急激な背景輝度の変化に対して、観察者３にとって望ましくない表示輝度の変化を抑制することで、表示情報の視認性を向上させることができる。
【０１７９】
●補足●
なお、本発明の一実施形態に係る表示装置、表示システム、移動体、表示輝度制御方法およびプログラムについて説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到することができる範囲内で変更することができる。
【０１８０】
また、本発明の一実施形態に係る表示装置は、移動体の一例である自動車に搭載されたＨＵＤ装置である例を説明したが、本発明の一実施形態に係る表示装置は、例えば、ヘッドマウントディスプレイ装置等であってもよい。この場合、ヘッドマウントディスプレイ装置に適用した本発明の一実施形態に係る表示装置は、外界と虚像を重畳させて表示させる。さらに、本発明の一実施形態に係る表示装置は、シースルーディスプレイのように、外界の風景（背景）見えるように表示面を透過させる表示方式を有する装置にも適用することができる。
【０１８１】
さらに、各実施形態の機能は、アセンブラ、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ（登録商標）等のレガシープログラミング言語やオブジェクト指向プログラミング言語等で記述されたコンピュータ実行可能なプログラムにより実現でき、各実施形態の機能を実行するためのプログラムは、電気通信回線を通じて頒布することができる。
【０１８２】
また、各実施形態の機能を実行するためのプログラムは、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read-Only Memory）、フラッシュメモリ、フレキシブルディスク、ＣＤ（Compact Disc）−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ（Re-Writable）、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ブルーレイディスク、ＳＤカード、ＭＯ（Magneto-Optical disc）等の装置可読な記録媒体に格納して頒布することもできる。
【０１８３】
さらに、各実施形態の機能の一部または全部は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブル・デバイス（PD）上に実装することができ、またはＡＳＩＣとして実装することができ、各実施形態の機能をＰＤ上に実現するためにＰＤにダウンロードする回路構成データ（ビットストリームデータ）、回路構成データを生成するためのＨＤＬ（Hardware Description Language）、ＶＨＤＬ（Very High Speed Integrated Circuits Hardware Description Language）、Ｖｅｒｉｌｏｇ−ＨＤＬ等により記述されたデータとして記録媒体により配布することができる。
【符号の説明】
【０１８４】
１、１Ａ、１Ｂ    表示システム
１０、１０Ａ、１０Ｂ    表示装置
１１    光源装置
１３    光偏向装置（走査部の一例）
１５    スクリーン（光学素子の一例）
３０    自由曲面ミラー（結像光学系の一例）
５０    フロントガラス（反射部材の一例）
７０    輝度センサ（検出装置の一例）
８１    輝度情報取得部（取得手段の一例）
８３    記憶・読出部（記憶制御手段の一例）
８４    輝度変化検出部（検出手段の一例）
８５    表示輝度決定部（決定手段の一例）
４００    輝度情報管理テーブル（記憶領域の一例）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１８５】
【特許文献１】特開２０１３−２３９２４３号公報
【図１】
2019179172.tif 000008
【図２】
2019179172.tif 000009
【図３】
2019179172.tif 000010
【図４】
2019179172.tif 000011
【図５】
2019179172.tif 000012
【図６】
2019179172.tif 000013
【図７】
2019179172.tif 000014
【図８】
2019179172.tif 000015
【図９】
2019179172.tif 000016
【図１０】
2019179172.tif 000017
【図１１】
2019179172.tif 000018
【図１２】
2019179172.tif 000019
【図１３】
2019179172.tif 000020
【図１４】
2019179172.tif 000021
【図１５】
2019179172.tif 000022
【図１６】
2019179172.tif 000023
【図１７】
2019179172.tif 000024
【図１８】
2019179172.tif 000025
【図１９】
2019179172.tif 000026
【図２０】
2019179172.tif 000027
【図２１】
2019179172.tif 000028
【図２２】
2019179172.tif 000029
【図２３】
2019179172.tif 000030