特許7579504表示制御装置、ヘッドアップディスプレイ装置及び、表示制御方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-30
(45)【発行日】2024-11-08
(54)【発明の名称】表示制御装置、ヘッドアップディスプレイ装置及び、表示制御方法
(51)【国際特許分類】
G02B 27/01 20060101AFI20241031BHJP
B60K 35/23 20240101ALI20241031BHJP
G09G 5/00 20060101ALI20241031BHJP
G09G 5/10 20060101ALI20241031BHJP
G09G 5/36 20060101ALI20241031BHJP
G09G 5/37 20060101ALI20241031BHJP
【ＦＩ】
G02B27/01
B60K35/23
G09G5/00 510A
G09G5/00 550C
G09G5/10 B
G09G5/36 500
G09G5/37 320
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020197060
(22)【出願日】2020-11-27
(65)【公開番号】P2022085399
(43)【公開日】2022-06-08
【審査請求日】2023-09-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000231512
【氏名又は名称】日本精機株式会社
(72)【発明者】
【氏名】笠原 毅
(72)【発明者】
【氏名】板垣 惇平
【審査官】植田 裕美子
(56)【参考文献】
【文献】独国特許出願公開第１０２０１５２１６９８４（ＤＥ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／００２３４４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０２０－１０９４５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０４５１４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１１９２８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１１２６６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２３－５１０６８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１７００６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－３４１３８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２０３１７６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ２７／０１
Ｂ６０Ｋ ３５／００－３５／９０
Ｇ０９Ｇ ５／００－５／４２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の部分領域（Ｄ）を有し、前記部分領域（Ｄ）毎に選択的に照明光を出射可能な光源素子（６０，６０Ａ）と、前記光源素子（６０，６０Ａ）から入射した前記照明光を変調して表示光として出射する光変調素子（５１）と、
異なる前記部分領域（Ｄ）から出射された前記照明光が前記光変調素子（５１）により変調された前記表示光毎に、アイボックス（２００）内の異なる領域に向けて集光させる集光光学系（２，４０，７７，７７Ａ）と、
被投影部に前記表示光を投影することで、前記アイボックスの範囲内から観察者が虚像を視認するヘッドアップディスプレイ装置（２０）を制御する表示制御装置（３０）において、
前記光源素子（６０，６０Ａ）を制御するプロセッサ（３３）、を備え、
前記プロセッサ（３３）は、
前記アイボックス（２００）から前記被投影部に向く前記観察者の前後方向の目位置に関する情報、又は前記観察者の前記前後方向の前記目位置を推定可能な情報を取得し、
前記観察者の前記前後方向の前記目位置が第１の位置（Ｚ１）にある場合、所定の光強度以上の前記照明光を出射する前記部分領域（Ｄ）（以下、発光領域（ＤＭ）と呼ぶ。）を、第１の発光領域（ＤＭ１）に設定することと、
前記目位置が前記第１の位置（Ｚ１）よりも前記被投影部に近い第２の位置（Ｚ２）にある場合、前記発光領域（ＤＭ）を、前記第１の発光領域（ＤＭ１）より広い第２の発光領域（ＤＭ２）に設定することと、を含む、発光面積変更処理、を実行する、
表示制御装置（３０）。
【請求項2】
前記目位置を推定可能な前記情報は、運転席の前後方向の位置に関する情報を含み、前記発光面積変更処理は、前記運転席の前後方向の前記位置に基づき、
前記観察者の前記前後方向の前記目位置が前記第１の位置（Ｚ１）にあると推定される場合、前記第１の発光領域（ＤＭ１）に設定することと、
前記目位置が前記第１の位置（Ｚ１）よりも前記被投影部に近い第２の位置（Ｚ２）にあると推定される場合、前記第２の発光領域（ＤＭ２）に設定することと、を含む、
請求項１に記載の表示制御装置（３０）。
【請求項3】
前記プロセッサ（３３）は、前記第２の発光領域（ＤＭ２）を、前記第１の発光領域（ＤＭ１）より、前記虚像の縦方向に対応する前記光変調素子（５１）の縦方向に沿う方向及び、前記虚像の横方向に対応する前記光変調素子（５１）の横方向に沿う方向に少なくとも広く設定する、
請求項１又は２に記載の表示制御装置（３０）。
【請求項4】
前記プロセッサ（３３）は、前記第２の発光領域（ＤＭ２）における平均の光強度が、前記第１の発光領域（ＤＭ１）における平均の光強度より低くなるように設定する、
請求項１乃至３のいずれか一項に表示制御装置（３０）。
【請求項5】
前記プロセッサ（３３）は、前記アイボックス（２００）内の前記観察者の右目位置及び左目位置に関する情報、又は前記右目位置及び前記左目位置を推定可能な情報を取得し、
前記発光領域（ＤＭ）は、
前記右目位置が配置される部分視域（Ｅ）に応じて設定される、右目発光領域（ＤＭＲ）と、
前記左目位置が配置される前記部分視域（Ｅ）に応じて設定される、左目発光領域（ＤＭＬ）と、を含む、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表示制御装置（３０）。
【請求項6】
前記プロセッサ（３３）は、前記右目発光領域（ＤＭＲ）の発光パターンと前記左目発光領域（ＤＭＬ）の発光パターンとを時分割的に切り替える、
請求項５に記載の表示制御装置（３０）。
【請求項7】
前記プロセッサ（３３）は、前記発光領域（ＤＭ）が、前記目位置に前記表示光の光強度のピークが向けられるための前記照明光を出射する部分領域（Ｄ）（以下、主部分領域（ＤＡ））と、前記目位置の周辺に前記表示光の光強度のピークが向けられるための前記照明光を出射する部分領域（Ｄ）（以下、副部分領域（ＤＢ））と、を含むように設定し、
前記副部分領域（ＤＢ）の発光強度を、前記主部分領域（ＤＡ）の発光強度の０．７倍より高くする、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の表示制御装置（３０）。
【請求項8】
前記プロセッサ（３３）は、前記発光領域（ＤＭ）が、前記目位置に前記表示光の光強度のピークが向けられるための前記照明光を出射する部分領域（Ｄ）（以下、主部分領域（ＤＡ））と、前記目位置の周辺に前記表示光の光強度のピークが向けられるための前記照明光を出射する部分領域（Ｄ）（以下、副部分領域（ＤＢ））と、を含むように設定し、
前記副部分領域（ＤＢ）の発光強度を、前記主部分領域（ＤＡ）の発光強度より高くする、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の表示制御装置（３０）。
【請求項9】
被投影部に表示光を投影することで、アイボックス（２００）の範囲内から観察者が虚像を視認するヘッドアップディスプレイ装置（２０）において、複数の部分領域（Ｄ）を有し、前記部分領域（Ｄ）毎に選択的に照明光を出射可能な光源素子（６０，６０Ａ）と、
前記光源素子（６０，６０Ａ）から入射した前記照明光を変調して前記表示光として出射する光変調素子（５１）と、
異なる前記部分領域（Ｄ）から出射された前記照明光が前記光変調素子（５１）により変調された前記表示光毎に、アイボックス（２００）内の異なる領域に向けて集光させる集光光学系（２，４０，７７，７７Ａ）と、
前記光源素子（６０，６０Ａ）を制御するプロセッサ（３３）と、を備え、
前記プロセッサ（３３）は、
前記アイボックス（２００）から前記被投影部に向く観察者の前後方向の目位置に関する情報、又は前記観察者の前記前後方向の前記目位置を推定可能な情報を取得し、
前記観察者の前記前後方向の前記目位置が第１の位置（Ｚ１）にある場合、所定の光強度以上の前記照明光を出射する前記部分領域（Ｄ）（以下、発光領域（ＤＭ）と呼ぶ。）を、第１の発光領域（ＤＭ１）に設定することと、
前記目位置が前記第１の位置（Ｚ１）よりも前記被投影部に近い第２の位置（Ｚ２）にある場合、前記発光領域（ＤＭ）を、前記第１の発光領域（ＤＭ１）より広い第２の発光領域（ＤＭ２）に設定することと、を含む、発光面積変更処理、を実行する、
ヘッドアップディスプレイ装置（２０）。
【請求項10】
複数の部分領域（Ｄ）を有し、前記部分領域（Ｄ）毎に選択的に照明光を出射可能な光源素子（６０，６０Ａ）と、前記光源素子（６０，６０Ａ）から入射した前記照明光を変調して表示光として出射する光変調素子（５１）と、
異なる前記部分領域（Ｄ）から出射された前記照明光が前記光変調素子（５１）により変調された前記表示光毎に、アイボックス（２００）内の異なる領域に向けて集光させる集光光学系（２，４０，７７，７７Ａ）と、
被投影部に前記表示光を投影することで、前記アイボックスの範囲内から観察者が虚像を視認するヘッドアップディスプレイ装置（２０）の表示制御方法において、
前記アイボックス（２００）から前記被投影部に向く前記観察者の前後方向の目位置に関する情報、又は前記観察者の前記前後方向の前記目位置を推定可能な情報を取得することと、
前記観察者の前記前後方向の前記目位置が第１の位置（Ｚ１）にある場合、所定の光強度以上の前記照明光を出射する前記部分領域（Ｄ）（以下、発光領域（ＤＭ）と呼ぶ。）を、第１の発光領域（ＤＭ１）に設定すること、
前記目位置が前記第１の位置（Ｚ１）よりも前記被投影部に近い第２の位置（Ｚ２）にある場合、前記発光領域（ＤＭ）を、前記第１の発光領域（ＤＭ１）より広い第２の発光領域（ＤＭ２）に設定すること、を含む、発光面積変更処理と、を実行する、
表示制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、車両で使用され、車両の前景に画像を重畳して視認させるヘッドアップディスプレイ装置の表示制御装置、及びヘッドアップディスプレイ装置及び、表示制御方法等に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、車両の運転席に着座する様々な体格の乗員（観察者）の目位置が存在すると想定されるアイリプスの大部分又は全部を含むアイボックスと呼ばれる領域全体に向けて、表示光を配光するように光学設計するヘッドアップディスプレイ装置が記載されている。これによれば、乗員（観察者）は、目位置がアイボックス内にあれば、ヘッドアップディスプレイ装置が表示する画像（虚像）を所望の表示態様（例えば、所望の輝度範囲内）で視認することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１２－２０３１７６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のヘッドアップディスプレイ装置は、アイボックス全体に表示光を向けているため、観察者の目が存在していないアイボックスの他の領域に向けた表示光は、無駄になってしまう。言い換えると、ヘッドアップディスプレイ装置が出射する表示光の利用効率（ここで、利用効率は、出射される表示光に対する観察者に視認される表示光の割合である。）が低くなってしまうという問題があった。また、別の観点では、消費電力が高いという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本明細書に開示される特定の実施形態の要約を以下に示す。これらの態様が、これらの特定の実施形態の概要を読者に提供するためだけに提示され、この開示の範囲を限定するものではないことを理解されたい。実際に、本開示は、以下に記載されない種々の態様を包含し得る。
【0006】
本開示の概要は、光利用効率を向上させることに関する。また、本開示の概要は、光利用効率を向上させつつ、観察者に表示品位の低い画像を視認させにくくすることにも関する。
【0007】
したがって、本明細書に記載される表示制御装置、ヘッドアップディスプレイ装置及び、表示制御方法は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。本実施形態では、光変調素子を照明する面状照明部において、所定の光強度以上の照明光を出射する領域の広さを、観察者の目位置に応じて変える、ことをその要旨とする。
【0008】
本明細書に記載される第１の態様における表示制御装置では、複数の部分領域を有し、部分領域毎に選択的に照明光を出射可能な光源素子と、光源素子から入射した照明光を変調して表示光として出射する光変調素子と、異なる部分領域から出射された照明光が光変調素子により変調された表示光毎に、アイボックス内の異なる領域に向けて集光させる集光光学系と、被投影部に表示光を投影することで、アイボックスの範囲内から観察者が虚像を視認するヘッドアップディスプレイ装置を制御する表示制御装置において、光源素子を制御するプロセッサ、を備え、プロセッサは、アイボックスから被投影部に向く観察者の前後方向の目位置に関する情報、又は観察者の前後方向の目位置を推定可能な情報を取得し、観察者の前後方向の目位置が第１の位置にある場合、所定の光強度以上の照明光を出射する部分領域（以下、発光領域とも呼ぶ。）を、第１の発光領域に設定することと、目位置が第１の位置よりも被投影部に近い第２の位置にある場合、発光領域を、第１の発光領域より広い第２の発光領域に設定することと、を含む、発光面積変更処理、を実行する。
【0009】
第１の態様における表示制御装置によれば、目位置が被投影部に近い場合、光源素子における発光領域を広くする。換言すると、第１の態様における表示制御装置は、ヘッドアップディスプレイ装置が搭載される自車両の前後方向における目位置が比較的前方に配置される場合、後方に配置される場合と比較し、光源素子における発光領域を広くする。これによれば、目位置が被投影部に近い場合、光源素子における発光領域を広くすることで、虚像表示領域の外縁付近に視認される虚像の輝度の低下を抑制し、視認しやすい虚像を表示することができる。また、目位置が被投影部から遠い場合、光源素子における発光領域を狭くすることで、目位置以外に向かう表示光を低減することができる（光利用効率を向上させることができる）。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図１ないし図１４Ｄでは、例示的な車両用表示システム、ヘッドアップディスプレイ装置、表示制御装置の構成、及び動作の説明を提供する。なお、本発明は以下の実施形態（図面の内容も含む）によって限定されるものではない。下記の実施形態に変更（構成要素の削除も含む）を加えることができるのはもちろんである。また、以下の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略する。
【0012】
図１の車両用表示システム１０は、車両１に搭載され、ヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置とも記載する。）２０と、ＨＵＤ装置２０を制御する表示制御装置３０と、後述する非正反射素子３（省略可能。）を含み、ＨＵＤ装置２０からの表示光Ｋを受ける被投影部２と、から構成される。ＨＵＤ装置２０は、観察者（典型的には、車両の運転席に着座する運転者）の正面（前記正面は、前方、車両の進行方向とも換言できる。）に配置される車両のフロントウインドシールド（被投影部２の一例。）に向けて表示光Ｋを投影する。
【0013】
非正反射素子３は、例えばホログラフィック素子、回折光学素子（ＤＯＥ）で構成することができる。ホログラフィック素子は、例えば，フォトポリマーや重クロム酸ゼラチンなどのホログラム材料などからなり、入射した光を所望の方向へ向けて回折する光学部材であり、物体光と参照光の干渉パターンを記録することで作成される。非正反射素子３は、例えば、シート状であり、被投影部２に内包され、ＨＵＤ装置２０が投影する表示光Ｋを車両１の内側の所定の領域であるアイボックス２００へ回折する。例えば、後述する非正反射素子３は、ＨＵＤ装置２０から受けた表示光Ｋを回折することで、観察者に視認される画像（虚像）のサイズを大きくすることができる。観察者は、アイボックス２００内に目７００を配置することで、被投影部２より遠方側に、ＨＵＤ装置２０が表示する表示画像（不図示）の虚像Ｖを視認することができる。なお、上述したように、非正反射素子３は、省略されても良い。すなわち、車両用表示システム１０は、被投影部２（非正反射素子３）での非正反射光を視認させるものではなく、被投影部２（非正反射素子３を含まない）での正反射光を視認させるものであってもよい。
【0014】
本実施形態の説明で用いる「アイボックス」とは、（１）領域内では画像の虚像Ｖの全部が視認でき、領域外では画像の虚像Ｖの少なくとも一部分が視認されない領域、（２）領域内では画像の虚像Ｖの少なくとも一部が視認でき、領域外では画像の虚像Ｖの一部分も視認されない領域、（３）領域内では画像の虚像Ｖの少なくとも一部が所定の輝度以上で視認でき、領域外では画像の虚像Ｖの全体が前記所定の輝度未満である領域、又は（４）ＨＵＤ装置２０が立体視可能な虚像Ｖを表示可能である場合、虚像Ｖの少なくとも一部が立体視でき、領域外では虚像Ｖの一部分も立体視されない領域である。すなわち、観察者が目（両目）をアイボックス２００外に配置すると、観察者は、画像の虚像Ｖの全体が視認できない、画像の虚像Ｖの全体の視認性が非常に低く知覚しづらい、又は画像の虚像Ｖが立体視できない。前記所定の輝度とは、例えば、アイボックスの中心で視認される画像の虚像の輝度に対して１／５０程度である。「アイボックス」は、ＨＵＤ装置２０が搭載される車両で観察者の視点位置の配置が想定されるエリア（アイリプスとも呼ぶ。）と同じ、又は前記アイリプスの大部分（例えば、８０％以上。）を含むように設定される。
【0015】
虚像表示領域ＶＳは、ＨＵＤ装置２０の内部で生成された画像が、虚像Ｖとして結像する平面、曲面、又は一部曲面の領域であり、結像面とも呼ばれる。虚像表示領域ＶＳは、ＨＵＤ装置２０の後述する表示器５０の表示面（例えば、液晶光変調素子の出射面）５２が虚像として結像される位置であり、すなわち、虚像表示領域ＶＳは、ＨＵＤ装置２０の後述する表示面５２に対応し（言い換えると、虚像表示領域ＶＳは、後述する表示器５０の表示面５２と、共役関係となる。）、そして、虚像表示領域ＶＳで視認される虚像は、ＨＵＤ装置２０の後述する表示面５２に表示される画像に対応している、と言える。虚像表示領域ＶＳ自体は、実際に観察者の目に視認されない、又は視認されにくい程度に視認性が低いことが好ましい。
【0016】
虚像表示領域ＶＳには、車両１の左右方向（Ｘ軸方向）を軸とした水平方向（ＸＺ平面）とのなす角度（図１のチルト角θｔ）と、アイボックス２００の中心２０５と虚像表示領域ＶＳの上端ＶＳ１とを結ぶ線分と、アイボックス中心と虚像表示領域ＶＳの下端ＶＳ２とを結ぶ線分とのなす角度を虚像表示領域ＶＳの縦画角として、この縦画角の二等分線と水平方向（ＸＺ平面）とのなす角度（図１の縦配置角θｖ）と、が設定される。縦配置角θｖは、典型的には、水平方向（ＸＺ平面）より下向きに設定され、例えば、＋２［ｄｅｇｒｅｅ］である（ここでは、縦配置角θｖの正方向は、前記縦画角の二等分線が、アイボックス２００の中心２０５から下向きとなる俯角であり、縦配置角θｖの負方向は、前記縦画角の二等分線が、アイボックス２００の中心２０５から上向きとなる仰角であるとも言える。）。
【0017】
また、本実施形態の虚像表示領域ＶＳは、前方（Ｚ軸正方向）を向いた際に概ね正対するように、概ね９０［ｄｅｇｒｅｅ］のチルト角θｔを有する。但し、チルト角θｔは、これに限定されるものではなく、４０≦θｔ＜９０［ｄｅｇｒｅｅ］の範囲で変更し得る。この場合、例えば、チルト角θｔは、６０［ｄｅｇｒｅｅ］に設定され、虚像表示領域ＶＳは、観察者から見て上側の領域が下側の領域より遠方になるように配置されてもよい。
【0018】
図２は、本実施形態のＨＵＤ装置２０の構成を示す図である。ＨＵＤ装置２０は、画像を表示する表示面５２を有する表示器５０と、リレー光学系（集光光学系）４０及び、これら表示器５０とリレー光学系４０を収納し、表示器５０からの表示光Ｋを内部から外部に向けて出射可能な光出射窓２１を有する筐体２２、を有する。なお、後述する本実施形態の表示器５０は、２Ｄ表示器であるが、３Ｄ表示器であってもよい。すなわち、ＨＵＤ装置２０は、アイボックス２００に配置された前記アイポイント（左右の目）に対応した視差画像を表示することで、虚像表示領域ＶＳを基準に立体画像の虚像を観察者に知覚させてもよい（なお、３Ｄ表示器は、両眼視差方式の３Ｄ表示器でなくてもよい。）。また、リレー光学系４０の一部は、省略され得る。
【0019】
図２の表示器５０は、光変調素子５１と、指向性光源ユニット６０と、から構成される。表示面５２は、光変調素子５１の観察者側の表面であり、画像の表示光Ｋを出射する。表示面５２の中心からリレー光学系４０及び被投影部２を介してアイボックス２００（アイボックス２００の中心２０５）へ向かう表示光Ｋの光軸Ｋｐに対する、表示面５２の角度の設定により、虚像表示領域ＶＳの角度（チルト角θｔを含む。）が設定され得る。また、後述する指向性光源ユニット６０が、照明光の向きを変えることにより、アイボックス２００内で虚像Ｖを視認できる（視認しやすい）位置を変化させることができる。
【0020】
リレー光学系４０は、表示器５０から出射された表示光Ｋ（表示器５０からアイボックス２００へ向かう光。）の光路上に配置され、表示器５０からの表示光ＫをＨＵＤ装置２０の外側のフロントウインドシールド２に投影する１つ又はそれ以上の光学部材で構成される。図２のリレー光学系４０は、１つの凹状の第１ミラー４１と、１つの平面の第２ミラー４２と、を含む。
【0021】
第１ミラー４１は、例えば、正の光学的パワーを有する自由曲面形状である。換言すると、第１ミラー４１は、領域毎に光学的パワーが異なる曲面形状であってもよく、すなわち、表示光Ｋが通る領域（光路）に応じて表示光Ｋに付加される光学的パワーが異なってもよい。具体的には、表示面５２の各領域からアイボックス２００へ向かう第１表示光Ｋ１、第２表示光Ｋ２、第３表示光Ｋ３（図２参照）とで、リレー光学系４０によって付加される光学的パワーが異なってもよい。
【0022】
なお、第２ミラー４２は、例えば、平面ミラーであるが、これに限定されるものではなく、光学的パワーを有する曲面であってもよい。すなわち、リレー光学系４０は、複数のミラー（例えば、本実施形態の第１ミラー４１、第２ミラー４２。）を合成することで、表示光Ｋが通る領域（光路）に応じて付加される光学的パワーを異ならせてもよい。なお、第２ミラー４２は、省略されてもよい。すなわち、表示器５０から出射される表示光Ｋは、第１ミラー４１により被投影部（フロントウインドシールド）２に反射されてもよい。
【0023】
また、本実施形態では、リレー光学系４０は、２つのミラーを含んでいたが、これに限定されるものではなく、これらに追加又は代替で、１つ又はそれ以上の、レンズなどの屈折光学部材、ホログラムなどの回折光学部材、反射光学部材、又はこれらの組み合わせを含んでいてもよい。
【0024】
また、本実施形態のリレー光学系４０は、この曲面形状（光学的パワーの一例。）により、虚像表示領域ＶＳまでの距離を設定する機能、及び表示面５２に表示された画像を拡大した虚像を生成する機能、を有するが、これに加えて、フロントウインドシールド２の湾曲形状により生じ得る虚像の歪みを抑制する（補正する）機能、を有していてもよい。
【0025】
また、リレー光学系４０は、表示制御装置３０により制御される図示しない単数又は複数のアクチュエータが取り付けられ、回転（及び／又は移動）可能であってもよい。
【0026】
光変調素子５１は、例えば、透過性表示パネルであるＬＣＤであり、指向性光源ユニット６０から照明光を入射し、空間光変調した表示光Ｋをリレー光学系４０（第２ミラー４２）へ向けて出射する。光変調素子５１は、例えば、観察者から見た虚像Ｖの上下方向（Ｙ軸方向）に対応する画素が配列される方向が短辺であり、これと直交する観察者から見た虚像Ｖの左右方向（Ｘ軸方向）に対応する画素が配列される方向が長辺である矩形状である（典型的には）。観察者は、光変調素子５１の透過光（光変調素子５１の種類によっては反射光、回折光なども考えられる。）を、虚像光学系９０を介して視認する。虚像光学系９０は、図２で示すリレー光学系４０とフロントウインドシールド２（これに含まれる非正反射素子３）とを合わせたものである。なお、光変調素子５１（表示器５０）は、ＬＣｏＳやＤＭＤを用いた反射型表示パネルであってもよい。
【0027】
（第１の実施形態）
図３を参照する。図３は、視点追従スポットライティング制御を実施する機能を備えたＨＵＤ装置２０（第１の実施形態の指向性光源ユニット６０）の主要な構成の一例を示す図である。図３に示されるＨＵＤ装置２０（指向性光源ユニット６０）では、アイボックス２００は、観察者（車両の運転者）が車両の前方を向いた場合の左右方向（Ｘ軸方向）に５個に分割され、上下方向（Ｙ軸方向）に５個に分割されたｎ個（本実施例では、２５個。）の部分視域Ｅ（図４ＡにおけるＥ（１，１）～Ｅ（５，５））に分割されている。ＨＵＤ装置２０（指向性光源ユニット６０）は、運転者（ユーザー）の目位置が検出された部分視域Ｅ毎に、発光パターンを異ならせて、運転者（ユーザー）の目位置が検出された部分視域Ｅに向けて表示光Ｋを局所的に向ける視点追従スポットライティング制御が実施される。
図３を参照する。図３は、視点追従スポットライティング制御を実施する機能を備えたＨＵＤ装置２０（第１の実施形態の指向性光源ユニット６０）の主要な構成の一例を示す図である。図３に示されるＨＵＤ装置２０（指向性光源ユニット６０）では、アイボックス２００は、観察者（車両の運転者）が車両の前方を向いた場合の左右方向（Ｘ軸方向）に５個に分割され、上下方向（Ｙ軸方向）に５個に分割されたｎ個（本実施例では、２５個。）の部分視域Ｅ（図４ＡにおけるＥ（１，１）～Ｅ（５，５））に分割されている。ＨＵＤ装置２０（指向性光源ユニット６０）は、運転者（ユーザー）の目位置が検出された部分視域Ｅ毎に、発光パターンを異ならせて、運転者（ユーザー）の目位置が検出された部分視域Ｅに向けて表示光Ｋを局所的に向ける視点追従スポットライティング制御が実施される。
【0028】
後述する表示制御装置３０は、後述する目位置検出部４１１から観察者の目位置を検出し、その観察者の目位置、及びその周辺でのみ明るい画像（虚像Ｖ）が視認されるように指向性光源ユニット６０を制御する。これらについては、後で詳述する。
【0029】
第１の実施形態の指向性光源ユニット（光源素子）６０は、光源７０、走査デバイス（スキャナ）７５、第１のフィールドレンズ（照明光学系）７６、第２のフィールドレンズ（照明光学系）７７、及び光拡散光学系８０から構成される。走査デバイス７５は、光源７０から出射されるレーザー光を、光拡散光学系８０のｍ個（ｍ＞ｎ）の部分領域Ｄ（本実施形態の部分領域Ｄは、Ｄ（１，１１）～Ｄ（１１，１１）までの１２１個。）上を走査可能であり、表示制御装置３０が、目位置検出部４１１で検出した目位置が存在する部分視域Ｅに対応する部分領域Ｄ（発光領域ＤＭ）に強いレーザー光を照射するように、光源７０を制御することで、観察者に画像（虚像Ｖ）を視認させる。発光領域ＤＭは、部分領域Ｄのうち、所定の光強度の照明光を光変調素子５１に向けて出射する部分領域Ｄである。
【0030】
光源７０は、例えば、異なる３色（例えばＲ，Ｇ，Ｂ）をそれぞれ出射可能な複数のレーザーダイオードなどであり、複数のレーザービームをダイクロイックミラーなどで混色（例えば、白色）し、１つの照明用レーザービーム７４として走査デバイス７５に向ける。光源７０は、後述する表示制御装置３０からの制御のもと、照明用レーザービーム７４の強度を調整可能である（消灯も含む）。
【0031】
走査デバイス（スキャナ）７５は、光源７０から出射された照明用レーザービーム７４を２次元的に偏向する素子であり、例えば、ポリゴンビラー、ガルバノミラー、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）、技術を用いたＭＥＭＳミラー装置）などの光走査装置である。走査デバイス７５は、互いに直交する２軸を用いて揺動しうるように構成された微小なミラーである。走査デバイス７５は、例えば、主走査方向で高速で走査し、かつ主走査方向と直交する副走査方向で低速で走査する。
【0032】
第１のフィールドレンズ７６は、走査デバイス７５と光拡散光学系８０との間の走査デバイス７５が走査する照明用レーザービーム７４の光路上に配置されている。第１のフィールドレンズ７６は、受光した照明用レーザービーム７４を、第１のフィールドレンズ７６の光軸に平行な方向に平行化させる機能を持つ。なお、第１のフィールドレンズ７６は、必須の構成部品ではないため、省略しても良い。ただし、第１のフィールドレンズ７６を設けることにより、光拡散光学系８０の各発光領域ＤＭから出射された照明用レーザービーム７４が変調された表示光Ｋを、アイボックス２００の各部分視域Ｅに精度よく向かわせることができる。なお、第１のフィールドレンズ７６は、屈折光学系であるが、走査デバイス７５と光拡散光学系８０との間の照明用レーザービーム７４の光路上には、これに代えて、１つ又は複数の他の屈折光学系、反射光学系、回折光学系を設けても良い。
【0033】
第２のフィールドレンズ（集光光学系）７７は、光拡散光学系８０と光変調素子５１との間の各部分領域Ｄ（発光領域ＤＭ）により拡散された照明用レーザービーム７４の光路上に配置されており、異なる（発光領域ＤＭ）から出射された照明光が光変調素子５１により変調された表示光Ｋ毎に、アイボックス２００内の異なる領域に向けて集光させる集光光学系として機能する。本実施形態の第２のフィールドレンズ７７は、１つ又は複数のフィールドレンズから構成され、光拡散光学系８０の各部分領域Ｄ（発光領域ＤＭ）により拡散された照明用レーザービーム７４が光変調素子５１の全面を透過照明するように設計された前段光学部材（バックライト光学部材）である。また、第２のフィールドレンズ７７は、光変調素子５１から出射される表示光Ｋが虚像光学系９０（リレー光学系４０及びフロントウインドシールド２から構成されるＨＵＤ光学部材）を経てアイボックス２００内の任意の位置にある部分視域Ｅに届くように設計されている。異なる部分領域Ｄ（発光領域ＤＭ）から出射されたが光変調素子５１により変調された表示光Ｋ毎に、アイボックス２００内の異なる部分視域Ｅに向けて集光させる集光光学系は、フィールドレンズに代えて（又は加えて）、この他の１つ又は複数の屈折光学系、反射光学系、回折光学系、など様々な光学系を含んでいても良い。なお、表示光Ｋは、光変調素子５１からアイボックス２００に到達するまでに、リレー光学系４０や被投影部２を通過する。この際、表示光Ｋは、リレー光学系４０や被投影部２により少なからず偏向されてからアイボックス２００内の異なる領域に向けて集光する。したがって、集光光学系は、第２のフィールドレンズ（集光光学系）７７に加えて、リレー光学系４０や被投影部２を含むとも言える。また、集光光学系は、第２のフィールドレンズ（集光光学系）７７が省略され、リレー光学系４０や被投影部２で構成され得る。
【0034】
拡散板７８は、光変調素子５１と第２のフィールドレンズ７７との間の照明用レーザービーム７４の光路上に配置されている。拡散板７８は、受光した照明用レーザービーム７４光を拡散させて光変調素子５１に出射する。これにより、アイボックス２００の各部分視域Ｅで視認される発光領域ＤＭから出射された照明用レーザービーム７４により生成される表示光Ｋにおける輝度ムラを低減できる。拡散板７８は、光を拡散させる機能がある光学部材であれば良く、例えばその表面がビーズ部材や微細な凹凸構造、粗面で構成される。また、ドットシートや透過性の乳白色のシートでも良い。
【0035】
まず、光拡散光学系８０として、レンズアレイ８１を用いる例を説明する。本実施形態のレンズアレイ８１は、ｍ個の部分領域Ｄに分かれており、各部分領域Ｄには、曲率を有する微小なレンズが形成される。各部分領域Ｄに照明用レーザービーム７４が入射されると、微小レンズによって屈折された照明用レーザービーム７４が拡散光となって放射される。より詳細には、光源７０からレンズアレイ８１（光拡散光学系８０）のｍ個のいずれかの部分領域Ｄに入射された照明用レーザービーム７４は、微小レンズで屈折されて、第２のフィールドレンズ７７、拡散板７８、を透過した後に、光変調素子５１の全面に照射され、光変調された表示光Ｋが虚像光学系９０を通過した後に、目位置７００が存在する部分領域Ｄを少なくとも含むアイボックス２００の所定の領域に照射される。
【0036】
次に、光拡散光学系８０として、ホログラム記録媒体８２を用いる例を説明する。本実施形態のホログラム記録媒体８２は、ｍ個の部分領域Ｄに分かれており、各部分領域Ｄには、干渉縞が形成される。各部分領域Ｄに照明用レーザービーム７４が入射されると、干渉縞によって回折された照明用レーザービーム７４が拡散光となって放射される。より詳細には、光源７０からホログラム記録媒体８２（光拡散光学系８０）のｍ個のいずれかの部分領域Ｄに入射された照明用レーザービーム７４は、干渉縞で回折されて、第２のフィールドレンズ７７、拡散板７８、を透過した後に、光変調素子５１の全面に照射され、光変調された表示光Ｋが虚像光学系９０を通過した後に、所定の部分領域Ｄに対応するアイボックス２００の所定の領域に照射される。なお、光拡散光学系８０は、フレネルレンズであってもよい。
【0037】
図４Ｃは、走査デバイス（スキャナ）７５が、光拡散光学系８０を走査する様子を示す図である。この図４Ｃでは、第１のフィールドレンズ７６は省略してある。光拡散光学系８０は、アイボックス２００の部分視域Ｅが水平方向に並ぶ第１の方向（Ｘ軸）に対応する第３の方向（α軸）と、部分視域Ｅが鉛直方向に並ぶ第２の方向（Ｙ軸）に対応する第４の方向（β軸）と、を有する。走査デバイス７５は、第３の方向（α軸）に沿って主走査を行いながら、第４の方向（β軸）に沿って副走査を行う。図４Ｃの例では、走査デバイス７５は、主走査の往路と復路とで、異なる部分領域Ｄを通り、表示制御装置３０の制御により所定の部分領域Ｄに照明用レーザービーム７４を照射するようになっている。具体的には、走査デバイス７５は、往路として、部分領域Ｄ（１１，１）からＤ（１，１）まで高速で走査しながら表示制御装置３０が選択する所定の部分領域Ｄ（発光領域ＤＭ）に照明用レーザービーム７４を照射し、表示制御装置３０が選択しない部分領域Ｄには照明用レーザービーム７４を照射せず、その後、復路として、部分領域Ｄ（１，２）からＤ（１１，２）まで走査しながら表示制御装置３０が選択する所定の部分領域Ｄ（発光領域ＤＭ）に照明用レーザービーム７４を照射する。しかし、走査デバイス（スキャナ）７５が光拡散光学系８０上を走査する態様は、これに限定されない。
【0038】
他の例の走査デバイス７５は、往路のみ（代替えとして、復路のみ）で照明用レーザービーム７４が照射されてもよい。具体的には、走査デバイス７５は、往路として、部分領域Ｄ（１１，１）からＤ（１，１）まで走査しながら表示制御装置３０が選択する所定の部分領域Ｄ（発光領域ＤＭ）に照明用レーザービーム７４を照射した後、照明用レーザービーム７４を照射することなく、部分領域Ｄ（１１，２）まで走査し、再び往路として、部分領域Ｄ（１１，２）からＤ（２，２）まで走査しながら表示制御装置３０が選択する所定の部分領域Ｄ（発光領域ＤＭ）に照明用レーザービーム７４を照射してもよい。
【0039】
他の例の走査デバイス７５は、往路と復路で同じ部分領域Ｄに照明用レーザービーム７４を照射してもよい具体的には、走査デバイス７５は、往路として、部分領域Ｄ（１１，１）からＤ（１，１）まで走査しながら表示制御装置３０が選択する所定の部分領域Ｄ（発光領域ＤＭ）に照明用レーザービーム７４を照射した後、復路として、再び部分領域Ｄ（１，１）からＤ（１１，１）まで走査しながら表示制御装置３０が選択する所定の部分領域Ｄ（発光領域ＤＭ）に照明用レーザービーム７４を照射する。なお、往路と復路とで照明用レーザービーム７４が照射される部分領域Ｄ内での位置は異なる。すなわち、照明用レーザービーム７４は、往路では、所定の部分領域Ｄのうち上側（βの負方向）の位置に照射され、復路では、所定の部分領域Ｄのうち下側（βの正方向）の位置に照射されるようにしてもよい。
【0040】
図４Ａは、アイボックス内を仮想的に区切った部分視域の態様と、観察者の目位置に対応して複数の部分視域に表示光が向けられる態様を説明する図である。ここで、観察者の右目７００Ｒは、部分視域Ｅ（２，３）で検出され、左目７００Ｌは、部分視域Ｅ（４，３）で検出されたとする。右目用表示光Ｋが向けられる部分視域Ｅ（以下では、右目用スポットライティングパターンＳＰＲとも呼ぶ。）は、部分視域Ｅ（２，３）を中心として、上側の部分視域Ｅ（２，２）の上部、下側の部分視域Ｅ（２，４）の下部、右側の部分視域Ｅ（１，３）の右部、左側の部分視域Ｅ（３，３）の左部、左上の部分視域Ｅ（３，２）の左上部、左下の部分視域Ｅ（３，４）の左下部、右下の部分視域Ｅ（１，４）の右下部、及び右上の部分視域Ｅ（１，２）の右上部の９つの部分視域Ｅに跨る横長の楕円状の領域である。また、同様に、 左目用表示光Ｋが向けられる部分視域Ｅ（以下では、左目用スポットライティングパターンＳＰＬとも呼ぶ。）は、部分視域Ｅ（４，３）を中心として、上側の部分視域Ｅ（４，２）の上部、下側の部分視域Ｅ（４，４）の下部、右側の部分視域Ｅ（３，３）の右部、左側の部分視域Ｅ（５，３）の左部、左上の部分視域Ｅ（５，２）の左上部、左下の部分視域Ｅ（５，４）の左下部、右下の部分視域Ｅ（３，４）の右下部、及び右上の部分視域Ｅ４４（３，２）の右上部の９つの部分視域Ｅに跨る横長の楕円状の領域である。
【0041】
図４Ｂは、アイボックス２００の部分視域Ｅの態様と、指向性光源ユニット６０の各部分領域Ｄから出射された照明光に基づく表示光Ｋが集光される位置との関係を概略的に示す図である。なお、図４Ｂでは、各部分領域Ｄから出射された照明光に基づく表示光Ｋが集光される位置を、点（黒塗りの丸）で描いているが、表示光Ｋの主光線が向かう位置を示したものであり、点（黒塗りの丸）を中心にした周囲にも表示光Ｋは照射される。図４Ｂの例では、指向性光源ユニット６０は、１つの部分視域Ｅ内に異なる９箇所に照射され得るように部分領域Ｄを配置する。具体的には、部分視域Ｅの中心に１箇所、部分視域Ｅの４隅に４箇所、部分視域Ｅの４隅それぞれの中点に４箇所の合計９箇所である。図４Ｂに示す一態様において、表示制御装置３０は、目位置７００が存在する部分視域Ｅ内の異なる９箇所全てに表示光Ｋが照射されるように指向性光源ユニット６０を制御する。発光領域ＤＭは、目位置７００が存在する部分視域Ｅの中心に集光する表示光Ｋの元となる照明光を出射する主部分領域ＤＡと、主部分領域ＤＡよりも目位置７００が存在する部分視域Ｅの中心から離れた位置に集光する表示光Ｋの元となる照明光を出射する副部分領域ＤＢと、を含む。すなわち、左目位置７００Ｌが部分視域Ｅ（４，３）に存在する場合、主部分領域ＤＡは、部分領域Ｄ（８，６）であり、副部分領域ＤＢは、部分領域Ｄ（７，５），Ｄ（８，５），Ｄ（９，５），Ｄ（７，６），Ｄ（９，６），Ｄ（７，７），Ｄ（８，７），及びＤ（９，７）である。一方、右目位置７００Ｒが部分視域Ｅ（２，３）に存在する場合、主部分領域ＤＡは、部分領域Ｄ（４，６）であり、副部分領域ＤＢは、部分領域Ｄ（３，５），Ｄ（４，５），Ｄ（５，５），Ｄ（３，６），Ｄ（５，６），Ｄ（３，７），Ｄ（４，７），及びＤ（５，７）である。
【0042】
図４Ｃは、図４ＡのスポットライティングパターンＳＰに表示光Ｋを向けるために、光拡散光学系８０の発光領域ＤＭに照明用レーザービーム７４が照射される様子を示す図である。表示制御装置３０は、走査デバイス７５がｍ個の部分領域Ｄのうち所定の光強度の照明光を出射させる発光領域ＤＭを走査するタイミングに合わせて光源７０を駆動する。これにより、図４Ａに示すように、光拡散光学系８０の発光領域ＤＭに対応する上述のアイボックス２００のスポットライティングパターンＳＰ（右目用スポットライティングパターンＳＰＲ、左目用スポットライティングパターンＳＰＬ）に光変調素子５１の表示光Ｋが向けられる。なお、上述の右目用スポットライティングパターンＳＰＲと対応する発光領域ＤＭを右目用発光領域ＤＭＲ、上述の左目用スポットライティングパターンＳＰＬと対応する発光領域ＤＭを左目用発光領域ＤＭＬ、とする。したがって、右目用発光領域ＤＭＲから出射された照明光が光変調素子５１で変調された表示光Ｋは、右目用スポットライティングパターンＳＰＲに照射され、かつ左目用発光領域ＤＭＬから出射された照明光が光変調素子５１で変調された表示光Ｋは、左目用スポットライティングパターンＳＰＬに照射される。また、表示制御装置３０は、右目用発光領域ＤＭＲや左目用発光領域ＤＭＬ以外の部分領域Ｄには、照明用レーザービーム７４を照射しない、又は非常に低い光強度の照明用レーザービーム７４を照射する。これにより、観察者の目位置が存在する視域Ｅに効率よく表示光Ｋを照射し、消費電力を低く抑えることができる。
【0043】
図５Ａは、スポットライティングパターンＳＰに表示光Ｋが配光された際の光量（輝度）の分布の例を示す図である。表示制御装置３０は、目位置７００が部分視域Ｅ（２，３）にあると推定される場合、部分視域Ｅ（２，３）に対応付けられた所定のスポットライティングパターンＳＰになるように、光拡散光学系８０の発光領域ＤＭ（部分領域Ｄ（３，５）、Ｄ（４，５）、Ｄ（５，５）、Ｄ（３，６）、Ｄ（４，６）、Ｄ（５，６）、Ｄ（３，７）、Ｄ（４，７）、Ｄ（５，７））に照明用レーザービーム７４が照射されるように、走査デバイス７５が発光領域ＤＭを走査するタイミングに合わせて光源７０を駆動する。これにより、図４Ａに示すように、光拡散光学系８０の発光領域ＤＭに対応するアイボックス２００の所定のスポットライティングパターンＳＰに光変調素子５１の表示光Ｋが向けられる。図５Ａにおける符号ＤＢ１（ＤＢ）は、アイボックス２００の左右方向（Ｘ軸方向）の光量分布を示す（後述する図５Ｂ、図５Ｃも同様）。光量分布Ｌｄ１は、発光領域ＤＭ（部分領域Ｄ（３，５）、Ｄ（４，５）、Ｄ（５，５）、Ｄ（３，６）、Ｄ（４，６）、Ｄ（５，６）、Ｄ（３，７）、Ｄ（４，７）、Ｄ（５，７）から出射される照明光に基づく表示光の光が合波されたものであり、スポットライティングパターンＳＰの境界内において、所定閾値Ｌｔｈ（例えば、スポットライティングパターンＳＰでの最大の光量（輝度）に対して５０％）以上の光量が確保されている。また、光量分布Ｌｄは、部分視域ＥのスポットライティングパターンＳＰの境界の外側にも光量がはみ出して広がり、光の強度は、急峻に低下せず、徐々に（勾配をもって）低下する。よって、視点が、境界の外側に移動したときでも、表示（虚像）が薄くなって消えることになり、唐突に消えることがない。これによって違和感、不安感が抑制（低減）される。
【0044】
本実施形態では、部分視域Ｅ（２，３）の中心から離れた位置に集光する表示光Ｋの元となる照明光を出射する副部分領域ＤＢを有する。特に、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃに示す態様では、副部分領域ＤＢは、表示光Ｋが、全て部分視域Ｅ（２，３）の境界に集光されるように、配置されているため、部分視域Ｅの近傍（又は外側に）に目が移動した場合でも、副部分領域ＤＢによる比較的輝度の高い画像（虚像Ｖ）を視認させることができる。図５Ｂは、図５Ａの状態の後、目位置７００が部分視域Ｅ（２，３）からＥ（３，３）に移動した場合を示す。システムレイテンシーが生じて、部分視域Ｅ（２，３）からＥ（３，３）に移動した瞬間にスポットライティングパターンＳＰが切り替わらないまま（部分視域Ｅ（２，３）に対応したスポットライティングパターンＳＰのまま）であっても、部分視域Ｅ（２，３）の中心から離れた位置に集光する表示光Ｋの元となる照明光を出射する副部分領域ＤＢからの光によって、比較的輝度の高い表示光Ｋを視認させることができる。図５Ｃは、図５Ｂの状態の後、スポットライティングパターンＳＰが、以前の部分視域Ｅ（２，３）に対応するものから新しい部分視域Ｅ（３，３）に対応するものに切り替わった様子を示す図である。
【0045】
また、他の好ましい例では、スポットライティングパターンＳＰ内においては、所定の輝度レベルとなるように均一（略均一を含む）な光の照射がなされるようにする。具体的には、光量分布Ｌｄがトップハット形状となるように、発光領域ＤＭの配置、出射する光強度の調整、及び／又は集光光学系の全体又は部分的な光学的な調整が行われる。これにより、照明される部分視域Ｅ内では、目位置が移動しても画像（虚像Ｖ）の輝度を略均一に視認させることができる。但し、本実施形態において、光量分布Ｌｄは、ガウシアン分布であってもよい。
【0046】
いくつかの実施形態では、表示制御装置３０（プロセッサ３３）は、副部分領域ＤＢの発光強度を、主部分領域ＤＡの発光強度の０．７倍より高くしてもよい。これによれば、副部分領域ＤＢの発光強度が比較的強いため、目位置７００が部分視域Ｅの境界付近になった場合でも、副部分領域ＤＢからの光によって、比較的輝度の高い表示光Ｋを視認させることができる。
【0047】
また、いくつかの実施形態では、表示制御装置３０（プロセッサ３３は、前記副部分領域（ＤＢ）の発光強度を、前記主部分領域（ＤＡ）の発光強度より高くしてもよい。これによれば、副部分領域ＤＢの発光強度が比較的強いため、目位置７００が部分視域Ｅの境界付近になった場合でも、副部分領域ＤＢからの光によって、比較的輝度の高い表示光Ｋを視認させることができる。
【0048】
図６は、いくつかの実施形態に係る、車両用表示システム１０のブロック図である。表示制御装置３０は、１つ又は複数のＩ／Ｏインタフェース３１、１つ又は複数のプロセッサ３３、１つ又は複数の画像処理回路３５、及び１つ又は複数のメモリ３７を備える。図６に記載される様々な機能ブロックは、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれら両方の組み合わせで構成されてもよい。図６は、１つの実施形態に過ぎず、図示された構成要素は、より数の少ない構成要素に組み合わされてもよく、又は追加の構成要素があってもよい。例えば、画像処理回路３５（例えば、グラフィック処理ユニット）が、１つ又は複数のプロセッサ３３に含まれてもよい。
【0049】
図示するように、プロセッサ３３及び画像処理回路３５は、メモリ３７と動作可能に連結される。より具体的には、プロセッサ３３及び画像処理回路３５は、メモリ３７に記憶されているプログラムを実行することで、例えば、指向性光源ユニット６０の制御（指向性光源ユニット６０の前記制御は、例えば、光源７０が出射する照明用レーザービーム７４（照明光）の制御、又は後述する光源アレイ８０Ａの制御などを含む。）、画像データの生成及び／又は送信するなど、車両用表示システム１０（ＨＵＤ装置２０、指向性光源ユニット６０）の操作を行うことができる。プロセッサ３３及び／又は画像処理回路３５は、少なくとも１つの汎用マイクロプロセッサ（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ））、少なくとも１つの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、少なくとも１つのフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。メモリ３７は、ハードディスクのような任意のタイプの磁気媒体、ＣＤ及びＤＶＤのような任意のタイプの光学媒体、揮発性メモリのような任意のタイプの半導体メモリ、及び不揮発性メモリを含む。揮発性メモリは、ＤＲＡＭ及びＳＲＡＭを含み、不揮発性メモリは、ＲＯＭ及びＮＶＲＡＭを含んでもよい。
【0050】
図示するように、プロセッサ３３は、Ｉ／Ｏインタフェース３１と動作可能に連結されている。Ｉ／Ｏインタフェース３１は、例えば、車両に設けられた後述の車両ＥＣＵ４０１、又は他の電子機器（後述する符号４０３～４１９）と、ＣＡＮ（Controller Area Network）の規格に応じて通信（ＣＡＮ通信とも称する）を行う。なお、Ｉ／Ｏインタフェース３１が採用する通信規格は、ＣＡＮに限定されず、例えば、ＣＡＮＦＤ（ＣＡＮ with Flexible Data Rate）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＭＯＳＴ（Media Oriented Systems Transport：ＭＯＳＴは登録商標）、ＵＡＲＴ、もしくはＵＳＢなどの有線通信インタフェース、又は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ネットワークなどのパーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、８０２．１１ｘ Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ネットワークなどのローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）等の数十メートル内の近距離無線通信インタフェースである車内通信（内部通信）インタフェースを含む。また、Ｉ／Ｏインタフェース３１は、無線ワイドエリアネットワーク（ＷＷＡＮ０、ＩＥＥＥ８０２．１６－２００４（ＷｉＭＡＸ：Worldwide Interoperability for Microwave Access））、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅベース（Ｍｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸ）、４Ｇ、４Ｇ－ＬＴＥ、ＬＴＥ Ａｄｖａｎｃｅｄ、５Ｇなどのセルラー通信規格により広域通信網（例えば、インターネット通信網）などの車外通信（外部通信）インタフェースを含んでいてもよい。
【0051】
図示するように、プロセッサ３３は、Ｉ／Ｏインタフェース３１と相互動作可能に連結されることで、車両用表示システム１０（Ｉ／Ｏインタフェース３１）に接続される種々の他の電子機器等と情報を授受可能となる。Ｉ／Ｏインタフェース３１には、例えば、車両ＥＣＵ４０１、道路情報データベース４０３、自車位置検出部４０５、車外センサ４０７、操作検出部４０９、目位置検出部（視線方向検出部）４１１、ＩＭＵ４１３、明るさセンサ４１５、携帯情報端末４１７、及び外部通信機器４１９などが動作可能に連結される。なお、Ｉ／Ｏインタフェース３１は、車両用表示システム１０に接続される他の電子機器等から受信する情報を加工（変換、演算、解析）する機能を含んでいてもよい。
【0052】
光変調素子５１は、例えば、液晶光変調素子であり、プロセッサ３３及び画像処理回路３５に動作可能に連結される。したがって、光変調素子５１によって表示される画像は、プロセッサ３３及び／又は画像処理回路３５から受信された画像データに基づいてもよい。プロセッサ３３及び画像処理回路３５は、Ｉ／Ｏインタフェース３１から取得される情報に基づき、光変調素子５１が表示する画像を制御する。
【0053】
車両ＥＣＵ４０１は、車両１に設けられたセンサやスイッチから、車両１の状態（例えば、走行距離、車速、アクセルペダル開度、ブレーキペダル開度、エンジンスロットル開度、インジェクター燃料噴射量、エンジン回転数、モータ回転数、ステアリング操舵角、シフトポジション、ドライブモード、各種警告状態、姿勢（ロール角、及び／又はピッチング角を含む）、車両の振動（振動の大きさ、頻度、及び／又は周波数を含む））などを取得し、車両１の前記状態を収集、及び管理（制御も含んでもよい。）するものであり、機能の一部として、車両１の前記状態の数値（例えば、車両１の車速。）を示す信号を、表示制御装置３０のプロセッサ３３へ出力することができる。なお、車両ＥＣＵ４０１は、単にセンサ等で検出した数値（例えば、ピッチング角が前傾方向に３［ｄｅｇｒｅｅ］。）をプロセッサ３３へ送信することに加え、又はこれに代わり、センサで検出した数値を含む車両１の１つ又は複数の状態に基づく判定結果（例えば、車両１が予め定められた前傾状態の条件を満たしていること。）、若しくは／及び解析結果（例えば、ブレーキペダル開度の情報と組み合わせされて、ブレーキにより車両が前傾状態になったこと。）を、プロセッサ３３へ送信してもよい。例えば、車両ＥＣＵ４０１は、車両１が車両ＥＣＵ４０１のメモリ（不図示）に予め記憶された所定の条件を満たすような判定結果を示す信号を表示制御装置３０へ出力してもよい。なお、Ｉ／Ｏインタフェース３１は、車両ＥＣＵ４０１を介さずに、車両１に設けられた車両１に設けられたセンサやスイッチから、上述したような情報を取得してもよい。
【0054】
また、車両ＥＣＵ４０１は、車両用表示システム１０が表示する画像を指示する指示信号を表示制御装置３０へ出力してもよく、この際、画像の座標、サイズ、種類、表示態様、画像の報知必要度、及び／又は報知必要度を判定する元となる必要度関連情報を、前記指示信号に付加して送信してもよい。
【0055】
道路情報データベース４０３は、車両１に設けられた図示しないナビゲーション装置、又は車両１と車外通信インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース３１）を介して接続される外部サーバー、に含まれ、後述する自車位置検出部４０５から取得される車両１の位置に基づき、車両１の周辺の情報（車両１の周辺の実オブジェクト関連情報）である車両１が走行する道路情報（車線，白線，停止線，横断歩道，道路の幅員，車線数，交差点，カーブ，分岐路，交通規制など）、地物情報（建物、橋、河川など）の、有無、位置（車両１までの距離を含む）、方向、形状、種類、詳細情報などを読み出し、プロセッサ３３に送信してもよい。また、道路情報データベース４０３は、出発地から目的地までの適切な経路（ナビゲーション情報）を算出し、当該ナビゲーション情報を示す信号、又は経路を示す画像データをプロセッサ３３へ出力してもよい。
【0056】
自車位置検出部４０５は、車両１に設けられたＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）等であり、現在の車両１の位置、方位を検出し、検出結果を示す信号を、プロセッサ３３を介して、又は直接、道路情報データベース４０３、後述する携帯情報端末４１７、及び／もしくは外部通信機器４１９へ出力する。道路情報データベース４０３、後述する携帯情報端末４１７、及び／又は外部通信機器４１９は、自車位置検出部４０５から車両１の位置情報を連続的、断続的、又は所定のイベント毎に取得することで、車両１の周辺の情報を選択・生成して、プロセッサ３３へ出力してもよい。
【0057】
車外センサ４０７は、車両１の周辺（前方、側方、及び後方）に存在する実オブジェクトを検出する。車外センサ４０７が検知する実オブジェクトは、例えば、障害物（歩行者、自転車、自動二輪車、他車両など）、後述する走行レーンの路面、区画線、路側物、及び／又は地物（建物など）などを含んでいてもよい。車外センサとしては、例えば、ミリ波レーダ、超音波レーダ、レーザレーダ等のレーダセンサ、カメラ、又はこれらの組み合わせからなる検出ユニットと、当該１つ又は複数の検出ユニットからの検出データを処理する（データフュージョンする）処理装置と、から構成される。これらレーダセンサやカメラセンサによる物体検知については従来の周知の手法を適用する。これらのセンサによる物体検知によって、三次元空間内での実オブジェクトの有無、実オブジェクトが存在する場合には、その実オブジェクトの位置（車両１からの相対的な距離、車両１の進行方向を前後方向とした場合の左右方向の位置、上下方向の位置等）、大きさ（横方向（左右方向）、高さ方向（上下方向）等の大きさ）、移動方向（横方向（左右方向）、奥行き方向（前後方向））、移動速度（横方向（左右方向）、奥行き方向（前後方向））、及び／又は種類等を検出してもよい。１つ又は複数の車外センサ４０７は、各センサの検知周期毎に、車両１の前方の実オブジェクトを検知して、実オブジェクト情報の一例である実オブジェクト情報（実オブジェクトの有無、実オブジェクトが存在する場合には実オブジェクト毎の位置、大きさ、及び／又は種類等の情報）をプロセッサ３３に出力することができる。なお、これら実オブジェクト情報は、他の機器（例えば、車両ＥＣＵ４０１）を経由してプロセッサ３３に送信されてもよい。また、夜間等の周辺が暗いときでも実オブジェクトが検知できるように、センサとしてカメラを利用する場合には赤外線カメラや近赤外線カメラが望ましい。また、センサとしてカメラを利用する場合、視差で距離等も取得できるステレオカメラが望ましい。
【0058】
操作検出部４０９は、例えば、車両１のＣＩＤ（Ｃｅｎｔｅｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）、インストルメントパネルなどに設けられたハードウェアスイッチ、又は画像とタッチセンサなどとを兼ね合わされたソフトウェアスイッチなどであり、車両１の乗員（運転席の着座するユーザ、及び／又は助手席に着座するユーザ）による操作に基づく操作情報を、プロセッサ３３へ出力する。例えば、操作検出部４０９は、ユーザの操作により、虚像表示領域ＶＳを移動させる操作に基づく表示領域設定情報、アイボックス２００を移動させる操作に基づくアイボックス設定情報、虚像の明るさを変更する操作に基づく画像明るさ設定情報、観察者の目位置７００を設定する操作に基づく情報などを、プロセッサ３３へ出力する。
【0059】
目位置検出部４１１は、車両１の運転席に着座する観察者の目位置７００を検出する赤外線カメラなどのカメラを含み、撮像した画像を、プロセッサ３３に出力してもよい。プロセッサ３３は、目位置検出部４１１から撮像画像（目位置７００を推定可能な情報の一例。）を取得し、この撮像画像を、パターンマッチングなどの手法で解析することで、観察者の目位置７００の座標を検出し、検出した目位置７００の座標を示す信号を、プロセッサ３３へ出力してもよい。
【0060】
また、目位置検出部４１１は、カメラの撮像画像を解析した解析結果（例えば、観察者の目位置７００が、予め設定された複数の表示パラメータ６００（後述する。）が対応する空間的な領域のどこに属しているかを示す信号。）を、プロセッサ３３に出力してもよい。なお、車両１の観察者の目位置７００、又は観察者の目位置７００を推定可能な情報を取得する方法は、これらに限定されるものではなく、既知の目位置検出（推定）技術を用いて取得されてもよい。
【0061】
また、目位置検出部４１１は、観察者の目位置７００の移動速度、及び／又は移動方向を検出し、観察者の目位置７００の移動速度、及び／又は移動方向を示す信号を、プロセッサ３３に出力してもよい。
【0062】
また、目位置検出部４１１は、（１０）観察者の目位置７００がアイボックス２００外にあることを示す信号、（２０）観察者の目位置７００がアイボックス２００外にあると推定される信号、又は（３０）観察者の目位置７００がアイボックス２００外になると予測される信号、を検出した場合、所定の条件を満たしたと判定し、当該状態を示す信号を、プロセッサ３３に出力してもよい。
【0063】
（２０）観察者の目位置７００がアイボックス２００外にあると推定される信号は、（２１）観察者の目位置７００が検出できないことを示す信号、（２２）観察者の目位置７００の移動が検出された後、観察者の目位置７００が検出できないことを示す信号、及び／又は（２３）観察者の目位置７００Ｒ、７００Ｌのいずれかがアイボックス２００の境界２００Ａの近傍（前記近傍は、例えば、境界２００Ａから所定の座標以内であることを含む。）にあることを示す信号、などを含む。
【0064】
（３０）観察者の目位置７００がアイボックス２００外になると予測される信号は、（３１）新たに検出した目位置７００が、過去に検出した目位置７００に対して、メモリ３７に予め記憶された目位置移動距離閾値以上であること（所定の単位時間内における目位置の移動が規定範囲より大きいこと。）を示す信号、（３２）目位置の移動速度が、メモリ３７に予め記憶された目位置移動速度閾値以上であることを示す信号、などを含む。
【0065】
また、目位置検出部４１１は、視線方向検出部４１１としての機能を有していても良い。視線方向検出部４１１は、車両１の運転席に着座する観察者の顔を撮像する赤外線カメラ、又は可視光カメラを含み、撮像した画像を、プロセッサ３３に出力してもよい。プロセッサ３３は、視線方向検出部４１１から撮像画像（視線方向を推定可能な情報の一例。）を取得し、この撮像画像を解析することで観察者の視線方向（及び／又は前記注視位置）を特定することができる。なお、視線方向検出部４１１は、カメラからの撮像画像を解析し、解析結果である観察者の視線方向（及び／又は前記注視位置）を示す信号をプロセッサ３３に出力してもよい。なお、車両１の観察者の視線方向を推定可能な情報を取得する方法は、これらに限定されるものではなく、ＥＯＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｃｕｌｏｇｒａｍ）法、角膜反射法、強膜反射法、プルキンエ像検出法、サーチコイル法、赤外線眼底カメラ法などの他の既知の視線方向検出（推定）技術を用いて取得されてもよい。
【0066】
ＩＭＵ４１３は、慣性加速に基づいて、車両１の位置、向き、及びこれらの変化（変化速度、変化加速度）を検知するように構成された１つ又は複数のセンサ（例えば、加速度計及びジャイロスコープ）の組み合わせを含むことができる。ＩＭＵ４１３は、検出した値（前記検出した値は、車両１の位置、向き、及びこれらの変化（変化速度、変化加速度）を示す信号などを含む。）、検出した値を解析した結果を、プロセッサ３３に出力してもよい。前記解析した結果は、前記検出した値が、所定の条件を満たしたか否かの判定結果を示す信号などであり、例えば、車両１の位置又は向きの変化（変化速度、変化加速度）に関する値から、車両１の挙動（振動）が少ないことを示す信号であってもよい。
【0067】
明るさセンサ４１５は、車両１の車室の前方に存在する前景の所定範囲の照度又は輝度を外界明るさ（明るさ情報の一例）、又は車室内の照度又は輝度を車内明るさ（明るさ情報の一例）として検知する。明るさセンサ４１５は、例えばフォトトランジスタ若しくはフォトダイオード等であり、図１に示す車両１のインストルメントパネル、ルームミラー又はＨＵＤ装置２０等に搭載される。
【0068】
携帯情報端末４１７は、スマートフォン、ノートパソコン、スマートウォッチ、又は観察者（又は車両１の他の乗員）が携帯可能なその他の情報機器である。Ｉ／Ｏインタフェース３１は、携帯情報端末４１７とペアリングすることで、携帯情報端末４１７と通信を行うことが可能であり、携帯情報端末４１７（又は携帯情報端末を通じたサーバ）に記録されたデータを取得する。携帯情報端末４１７は、例えば、上述の道路情報データベース４０３及び自車位置検出部４０５と同様の機能を有し、前記道路情報（実オブジェクト関連情報の一例。）を取得し、プロセッサ３３に送信してもよい。また、携帯情報端末４１７は、車両１の近傍の商業施設に関連するコマーシャル情報（実オブジェクト関連情報の一例。）を取得し、プロセッサ３３に送信してもよい。なお、携帯情報端末４１７は、携帯情報端末４１７の所持者（例えば、観察者）のスケジュール情報、携帯情報端末４１７での着信情報、メールの受信情報などをプロセッサ３３に送信し、プロセッサ３３及び画像処理回路３５は、これらに関する画像データを生成及び／又は送信してもよい。
【0069】
外部通信機器４１９は、車両１と情報のやりとりをする通信機器であり、例えば、車両１と車車間通信（Ｖ２Ｖ：Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｔｏ Ｖｅｈｉｃｌｅ）により接続される他車両、歩車間通信（Ｖ２Ｐ：Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｔｏ Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ）により接続される歩行者（歩行者が携帯する携帯情報端末）、路車間通信（Ｖ２Ｉ：Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｔｏ ｒｏａｄｓｉｄｅ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）により接続されるネットワーク通信機器であり、広義には、車両１との通信（Ｖ２Ｘ：Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｔｏ Ｅｖｅｒｙｔｈｉｎｇ）により接続される全てのものを含む。外部通信機器４１９は、例えば、歩行者、自転車、自動二輪車、他車両（先行車等）、路面、区画線、路側物、及び／又は地物（建物など）の位置を取得し、プロセッサ３３へ出力してもよい。また、外部通信機器４１９は、上述の自車位置検出部４０５と同様の機能を有し、車両１の位置情報を取得し、プロセッサ３３に送信してもよく、さらに上述の道路情報データベース４０３の機能も有し、前記道路情報（実オブジェクト関連情報の一例。）を取得し、プロセッサ３３に送信してもよい。なお、外部通信機器４１９から取得される情報は、上述のものに限定されない。
【0070】
メモリ３７に記憶されたソフトウェア構成要素は、目位置検出モジュール５０２、目位置推定モジュール５０４、目位置予測モジュール５０６、目位置状態判定モジュール５０８、スポット照明パターン設定モジュール５１０、表示パラメータ設定モジュール５１２、グラフィックモジュール５１４、光源駆動モジュール５１６、アクチュエータ駆動モジュール５１８、及び明るさ検出モジュール５２０、を含む。
【0071】
図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃは、いくつかの実施形態に従って、観察者の目位置に基づき、スポット照明パターンを設定する動作を実行する方法Ｓ１００を示すフロー図である。方法Ｓ１００は、ディスプレイを含むＨＵＤ装置２０と、このＨＵＤ装置２０を制御する表示制御装置３０と、において実行される。以下に示す方法Ｓ１００のいくつかの動作は任意選択的に組み合わされ、いくつかの動作の手順は任意選択的に変更され、いくつかの動作は任意選択的に省略される。
【0072】
図６の目位置検出モジュール５０２は、観察者の目位置７００を検出する（Ｓ１１０）。目位置検出モジュール５０２は、観察者の目位置７００を示す座標（Ｘ，Ｙ軸方向の位置であり、目位置７００を示す信号の一例である。）を検出すること、観察者の目の高さを示す座標（Ｙ軸方向の位置であり、目位置７００を示す信号の一例である。）を検出すること、観察者の目の高さ及び奥行方向の位置を示す座標（Ｙ及びＺ軸方向の位置であり、目位置７００を示す信号の一例である。）を検出すること、及び／又は観察者の目位置７００を示す座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置であり、目位置７００を示す信号の一例である。）を検出すること、に関係する様々な動作を実行するための様々なソフトウェア構成要素を含む。
【0073】
なお、目位置検出モジュール５０２が検出する目位置７００は、右目と左目のそれぞれの位置７００Ｒ，７００Ｌ、右目位置７００Ｒ及び左目位置７００Ｌのうち予め定められた一方の位置、右目位置７００Ｒ及び左目位置７００Ｌのうち検出可能な（検出しやすい）いずれか一方の位置、又は右目位置７００Ｒと左目位置７００Ｌとから算出される位置（例えば、右目位置と左目位置との中点）、などを含む。例えば、目位置検出モジュール５０２は、目位置７００を、表示設定を更新するタイミングの直前に目位置検出部４１１から取得した観測位置に基づき決定する。
【0074】
また、目位置検出部４１１は、目位置検出部４１１から取得する観察者の目の検出タイミングの異なる複数の観測位置に基づき、観察者の目位置７００の移動方向、及び／又は移動速度を検出し、観察者の目位置７００の移動方向、及び／又は移動速度を示す信号を、プロセッサ３３に出力してもよい。
【0075】
目位置推定モジュール５０４は、目位置を推定可能な情報を取得する（Ｓ１１４）。目位置を推定可能な情報は、例えば、目位置検出部４１１から取得した撮像画像、車両１の運転席の位置、観察者の顔の位置、座高の高さ、又は複数の観察者の目の観測位置などである。目位置推定モジュール５０４は、目位置を推定可能な情報から、車両１の観察者の目位置７００を推定する。目位置推定モジュール５０４は、目位置検出部４１１から取得した撮像画像、車両１の運転席の位置、観察者の顔の位置、座高の高さ、又は複数の観察者の目の観測位置などから、観察者の目位置７００を推定すること、など観察者の目位置７００を推定することに関係する様々な動作を実行するための様々なソフトウェア構成要素を含む。すなわち、目位置推定モジュール５０４は、目の位置を推定可能な情報から観察者の目位置７００を推定するためのテーブルデータ、演算式、などを含み得る。
【0076】
目位置推定モジュール５０４は、目位置７００を、スポット照明パターンを更新するタイミングの直前に目位置検出部４１１から取得した目の観測位置と、１つ又は複数の過去に取得した目の観測位置とに基づき、例えば、加重平均などの手法により、算出してもよい。
【0077】
目位置予測モジュール５０６は、観察者の目位置７００を予測可能な情報を取得する（Ｓ１１６）。観察者の目位置７００を予測可能な情報は、例えば、目位置検出部４１１から取得した最新の観測位置、又は１つ又はそれ以上の過去に取得した観測位置などである。目位置予測モジュール５０６は、観察者の目位置７００を予測可能な情報に基づいて、目位置７００を予測することに関係する様々な動作を実行するための様々なソフトウェア構成要素を含む。具体的に、例えば、目位置予測モジュール５０６は、新たな表示設定が適用された画像が観察者に視認されるタイミングの、観察者の目位置７００を予測する。目位置予測モジュール５０６は、例えば、最小二乗法や、カルマンフィルタ、α－βフィルタ、又はパーティクルフィルタなどの予測アルゴリズムを用いて、過去の１つ又はそれ以上の観測位置を用いて、次回の値を予測するようにしてもよい。
【0078】
スポット照明パターン設定モジュール５１０は、Ｓ１１０で取得した目位置に基づいて、表示光Ｋを向ける領域を設定する（Ｓ１３０）。スポット照明パターン設定モジュール５１０は、観察者の左目位置７００Ｌが存在する部分視域Ｅとその周辺の部分視域Ｅの一部又は全部とを含む領域を左目用スポットライティングパターンＳＰＬに設定し、観察者の右目位置７００Ｒが存在する部分視域Ｅとそれと隣接する部分視域Ｅの一部又は全部とを含む領域を右目用スポットライティングパターンＳＰＲに設定する（Ｓ１３２）。具体的には、スポット照明パターン設定モジュール５１０は、図４Ｂに示すように、観察者の右目７００Ｌが存在する部分視域Ｅ（２，３）と周辺の部分視域Ｅ（１，２）、Ｅ（２，２）、Ｅ（２，３）、Ｅ１，３）、Ｅ（３，３）、Ｅ（１，４）、Ｅ（２，４）、及びＥ（２，５）の一部を含む右目用スポットライティングパターンＳＰＲと、観察者の左目７００Ｌが存在する部分視域Ｅ（４，３）と周辺の部分視域Ｅ（３，２）、Ｅ（４，２）、Ｅ（５，２）、Ｅ３，３）、Ｅ（５，３）、Ｅ（３，４）、Ｅ（４，４）、及びＥ（５，４）の一部を含む右目用スポットライティングパターンＳＰＲと、に表示光Ｋを向ける。この場合、スポット照明パターン設定モジュール５１０は、観察者の右目７００Ｒが存在する部分視域Ｅ（２，３）の中心に表示光Ｋを向ける主部分領域ＤＡ（Ｄ（４，６））と、右目７００Ｒが存在する部分視域Ｅ（２，３）内の中心ではない領域に表示光Ｋを向ける副部分領域ＤＢ（Ｄ（３，５），Ｄ（４，５），Ｄ（５，５），Ｄ（３，６），Ｄ（５，６），Ｄ（３，７），Ｄ（４，７），及びＤ（５，７））と、を所定の光強度以上で発光させ、観察者の左目７００Ｌが存在する部分視域Ｅ（４，３）の中心に表示光Ｋを向ける主部分領域ＤＡ（Ｄ（８，６））と、左目７００Ｌが存在する部分視域Ｅ（２，３）内の中心ではない領域に表示光Ｋを向ける副部分領域ＤＢ（Ｄ（７，５），Ｄ（８，５），Ｄ（９，５），Ｄ（７，６），Ｄ（９，６），Ｄ（７，７），Ｄ（８，７），及びＤ（９，７））と、を所定の光強度以上で発光させる。そして、スポット照明パターン設定モジュール５１０は、これら右目用発光領域ＤＭＲ（右目用の主部分領域ＤＡ＋副部分領域ＤＢ）、左目用発光領域ＤＭＬ（左目用の主部分領域ＤＡ＋副部分領域ＤＢ）以外の部分領域Ｄには、照明用レーザービーム７４を照射しない（又は光強度が非常に低い照明用レーザービーム７４を照射する）。
【0079】
また、スポット照明パターン設定モジュール５１０は、観察者の左目位置７００Ｌが存在する部分視域Ｅと観察者の右目位置７００Ｒが存在する部分視域Ｅとを含む連なった１つの両眼向けスポットライティングパターンＳＰＣに設定する（Ｓ１３４）。具体的には、スポット照明パターン設定モジュール５１０は、図８Ａに示すように、観察者の右目７００Ｌが存在する部分視域Ｅ（２，３）、左目７００Ｌが存在する部分視域Ｅ（４，３）、及びこれらの周辺の部分視域Ｅ（１，２）、Ｅ（２，２）、Ｅ（３，２）、Ｅ（４，２）、Ｅ（５，２）、Ｅ（１，３）、Ｅ（３，３）、Ｅ（３，５）、Ｅ（１，４）、Ｅ（２，４）、Ｅ（３，４）、Ｅ（４，４）、及びＥ（５，４）の一部を含む両眼向けスポットライティングパターンＳＰＣ、に表示光Ｋを向ける。この場合、スポット照明パターン設定モジュール５１０は、観察者の右目７００Ｒが存在する部分視域Ｅ（２，３）の中心に表示光Ｋを向ける主部分領域ＤＡ（Ｄ（４，６））、左目７００Ｌが存在する部分視域Ｅ（４，３）の中心に表示光Ｋを向ける主部分領域ＤＡ（Ｄ（８，６））、主部分領域ＤＡ（Ｄ（４，６））と主部分領域ＤＡ（Ｄ（８，６））の周辺の副部分領域ＤＢ（Ｄ（５，４）～Ｄ（７，４）、Ｄ（２，５）～、Ｄ（９，５）、Ｄ（２，６）、Ｄ（３，６）、Ｄ（５，６）～Ｄ（７，６）、Ｄ（９，６）、Ｄ（２，７）～Ｄ（９，７）及び、Ｄ（５，８）～Ｄ（７，８））と、を所定の光強度以上で発光させる。そして、スポット照明パターン設定モジュール５１０は、これら両眼向け発光領域ＤＭＣ（右目用の主部分領域ＤＡ＋右目用の主部分領域ＤＡ＋副部分領域ＤＢ）以外の部分領域Ｄには、照明用レーザービーム７４を照射しない（又は光強度が非常に低い照明用レーザービーム７４を照射する）。
【0080】
また、スポット照明パターン設定モジュール５１０は、Ｓ１１０で取得した自車両１における前後方向の目位置（Ｚ軸座標）に基づいて、面状照明部ＳＥにおける発光領域ＤＭの広さを設定する（発光面積変更処理Ｓ１３６を実行する。）。図１３は、自車両１における前後方向の目位置の違いによる、ヘッドアップディスプレイ装置２０における光路の違いを説明する図である。なお、この図では、上記の照明光学系などを省略している。面状照明部ＳＥの特定の発光領域ＤＭから出射された照明光は、光変調素子５１に画像を示す表示光Ｋに変調され、この表示光Ｋが集光光学系により前記発光領域ＤＭに対応するスポットパターンＳＰに集光される。スポット照明パターン設定モジュール５１０は、被投影部２から第１の距離Ｄ１だけ離れた第１の位置７０１にある目に対し、第１の発光領域ＤＭ１を設定し、第１の距離Ｄ１よりも被投影部２に近い位置（換言すると、第１の距離Ｄ１より前方の位置）である第２の位置７０２にある目に対し、第１の発光領域ＤＭ１よりも広い第２の発光領域ＤＭ２を設定する。
【0081】
図１０は、面状照明部ＳＥにおける、第１の発光領域ＤＭ１（第１の左目用発光領域ＤＭＬ１、第１の右目用発光領域ＤＭＲ１）及び、第２の発光領域ＤＭ２（第２の左目用発光領域ＤＭＬ２、第２の右目用発光領域ＤＭＲ２）、の一態様を示す図である。発光領域ＤＭの縦方向の長さを符号ＰＶ、横方向の長さを符号ＰＨとすると、第１の発光領域ＤＭ１は、第２の発光領域ＤＭ２よりも縦方向の長さＰＶも横方向の長さＰＨも短くなる。また、第２の発光領域ＤＭ２は、第１の発光領域ＤＭ１とその周辺の発光領域ＤＭを含む。このように、目位置７００が前方（第１の位置７０１を基準とした第２の位置７０２）に配置される場合、光源素子６０（後述する光源素子６０Ａ）の発光領域ＤＭを広くすることで、光変調素子５１の表示面５２の全体（ここでの『全体』は、光変変調素子５１の表示可能領域の全域１００％及び、表示可能領域において予め設定された表示領域（例えば全域の７０％）も含む。）に表示され得る画像の虚像Ｖを所望の輝度（所望の輝度以上）で観察者に視認させることができる。なお、図１４の例では、左目７００Ｌ用の第１の左目用発光領域ＤＭＬ１（第２の左目用発光領域ＤＭＬ２）及び、右目７００Ｒ用の第１の右目用発光領域ＤＭＲ１（（第２の右目用発光領域ＤＭＲ２）を設けるものであったが、これに限定されない。他の例のスポット照明パターン設定モジュール５１０は、自車両１における前後方向の目位置（Ｚ軸座標）に基づいて、いずれか一方の目に向けられた発光領域ＤＭに対してのみ広さを変更してもよい。また、他の例のスポット照明パターン設定モジュール５１０は、自車両１における前後方向の目位置（Ｚ軸座標）に基づいて、左目位置７００Ｌが存在する部分視域Ｅと右目位置７００Ｒが存在する部分視域Ｅとを含む連なった１つの両眼向けスポットライティングパターンＳＰＣに向ける連なった１つの両眼向け発光領域ＤＭＣの広さを変更してもよい。
【0082】
スポット照明パターン設定モジュール５１０は、Ｓ１１０で取得した自車両１における前後方向の目位置（Ｚ軸座標）に基づいて、面状照明部ＳＥにおける発光領域ＤＭにおける光量分布Ｌｄを制御する（Ｓ１３８）。
【0083】
いくつかの実施形態では、スポット照明パターン設定モジュール５１０は、副部分領域ＤＢの発光強度を、主部分領域ＤＡの発光強度の０．７倍より高くしてもよい。これによれば、副部分領域ＤＢの発光強度が比較的強いため、目位置７００が部分視域Ｅの境界付近になった場合でも、副部分領域ＤＢからの光によって、比較的輝度の高い表示光Ｋを視認させることができる。
【0084】
また、いくつかの実施形態では、スポット照明パターン設定モジュール５１０は、前記副部分領域（ＤＢ）の発光強度を、前記主部分領域（ＤＡ）の発光強度より高くしてもよい。これによれば、副部分領域ＤＢの発光強度が比較的強いため、目位置７００が部分視域Ｅの境界付近になった場合でも、副部分領域ＤＢからの光によって、比較的輝度の高い表示光Ｋを視認させることができる。また、虚像表示領域ＶＳの全体に表示され得る虚像Ｖの輝度の均斉度を向上させることができる。
【0085】
図６の表示パラメータ設定モジュール５１２は、目位置検出モジュール５０２で検出した目位置７００、目位置推定モジュール５０４で推測した目位置７００、又は目位置予測モジュール５０６で予測した目位置７００が、予め定められた複数の部分視域Ｅのどこに属しているか判定し、目位置７００に対応する表示パラメータ６００を設定する。表示パラメータ設定モジュール５１２は、目位置７００が示すＸ軸座標、Ｙ軸座標、Ｚ軸座標、又はこれらの組み合わせが、複数の空間的な領域（部分視域Ｅ）のどこに属するのかを判定し、目位置７００が属する部分視域Ｅに対応する表示パラメータ６００を設定することに関係する様々な動作を実行するための様々なソフトウェア構成要素を含む。すなわち、表示パラメータ設定モジュール５１２は、目位置７００が示すＸ軸座標、Ｙ軸座標、Ｚ軸座標、又はこれらの組み合わせから、表示パラメータ６００を特定するためのテーブルデータ、演算式、などを含み得る。
【0086】
表示パラメータ設定モジュール５１２は、部分視域Ｅ毎に対応する表示パラメータを適用してもよい（Ｓ１５２）。表示パラメータ設定モジュール５１２は、例えば、発光領域ＤＭが時分割的に発光する場合、１つの発光領域ＤＭが発光するタイミング毎に異なる表示パラメータ６００に切り替えてもよい。図４Ｂの例では、発光領域ＤＭ（７，６）が発光するタイミングで発光領域ＤＭ（７，６）に対応する表示パラメータ６００を光変調素子５１に適用し、発光領域ＤＭ（８，６）が発光するタイミングで発光領域ＤＭ（８，６）に対応する表示パラメータ６００を光変調素子５１に適用してもよい。
【0087】
また、他の表示パラメータ設定モジュール５１２は、複数の発光領域ＤＭで１つの共通の表示パラメータを適用してもよい（Ｓ１５４）。表示パラメータ設定モジュール５１２は、例えば、図４Ｂに示す右目用スポットライティングパターンＳＰＲに表示光Ｋが向けるため、右目用発光領域ＤＭＲ（部分領域Ｄ（８，６）、Ｄ（７，５）、Ｄ（８，５）、Ｄ（９，５）、Ｄ（７，６）、Ｄ（９，６）、Ｄ（７，７）、Ｄ（８，７）、Ｄ（９，７））を発光させるそれぞれのタイミングで共通の表示パラメータ６００を光変調素子５１に適用する。具体的には、表示パラメータ設定モジュール５１２は、スポットライティングパターンＳＰの中心に表示光Ｋを向かせる主部分領域ＤＡ（図４Ｂの例ではＤ（８，６））に対応する表示パラメータ６００を光変調素子５１に適用してもよい。
【0088】
いくつかの実施形態において、表示パラメータ設定モジュール５１２は、右目用発光領域ＤＭＲを発光させるタイミングと、左目用発光領域ＤＭＬを発光させるタイミングと、で表示パラメータ６００を切り替えてもよい。ここで、表示パラメータ６００が表示させる画像を異ならせるパラメータであるとすると、表示パラメータ設定モジュール５１２は、右目用発光領域ＤＭＲを発光させるタイミングで右目用画像を表示させ、左目用発光領域ＤＭＬを発光させるタイミングで左目用画像を表示させる、ことで左右の視差による立体画像（虚像）を観察者に知覚させることができる。
【0089】
また、他の表示パラメータ設定モジュール５１２は、１つのスポットライティングパターンＳＰに２つ以上の表示パラメータを適用してもよい（Ｓ１５４）。この場合、表示パラメータ設定モジュール５１２は、予め複数の部分領域Ｄで共通の表示パラメータ６００を設定しておく。例えば、図４Ｂの例で、部分領域Ｄ（７，５）、Ｄ（８，５）、及びＤ（９，５）が共通の第１の表示パラメータが設定され、部分領域Ｄ（７，６）、Ｄ（８，６）、及びＤ（９，６）が共通の第２の表示パラメータ（第１の表示パラメータとは異なる。）が設定され、かつ部分領域Ｄ（７，７）、Ｄ（８，７）、及びＤ（９，７）が共通の第３の表示パラメータ（第１、第２の表示パラメータとは異なる。）が設定されるとすると、表示パラメータ設定モジュール５１２は、部分領域Ｄ（７，５）、Ｄ（８，５）、及びＤ（９，５）がそれぞれ発光する際に、第１の表示パラメータを光変調素子５１に適用し、部分領域Ｄ（７，６）、Ｄ（８，６）、及びＤ（９，６）がそれぞれ発光する際に、第２の表示パラメータを光変調素子５１に適用、並びに部分領域Ｄ（７，７）、Ｄ（８，７）、及びＤ（９，７）がそれぞれ発光する際に、第３の表示パラメータを光変調素子５１に適用する。
【0090】
表示パラメータ６００の種類は、（１）目位置７００から見て、車両１の外側に位置する実オブジェクトと所定の位置関係になるような画像の配置（画像の配置を制御するために表示器５０を制御するパラメータ、及び／又はアクチュエータを制御すパラメータ。）、（２）目位置７００から見た虚像光学系９０などにより生じ得る画像の歪みを軽減するために画像を事前に歪ませるためのパラメータ（表示器５０上で表示される画像を事前に歪ませるために表示器５０を制御するパラメータであり、ワーピングパラメータとも呼ばれる。）、（３）目位置から見て、所望の立体画像を視認させるためのパラメータ（表示器５０を制御するパラメータ、表示器５０の前記光源を制御するパラメータ、アクチュエータを制御するパラメータ、又はこれらの組み合わせを含むパラメータ。）、などを含む。ただし、表示パラメータ設定モジュール５１２が設定（選択）する表示パラメータ６００は、観察者の目位置７００に応じて変更されることが好ましいパラメータであればよく、表示パラメータ６００の種類は、これらに限定されない。
【0091】
表示パラメータ設定モジュール５１２は、１種類の表示パラメータにつき、目位置７００に対応する１つ又は複数の表示パラメータ６００を選定する。目位置７００が、例えば、右目位置７００Ｒ、及び左目位置７００Ｌのそれぞれを含む場合、表示パラメータ設定モジュール５１２は、右目位置７００Ｒに対応する表示パラメータ６００と、左目位置７００Ｌに対応する表示パラメータ６００と、の２つを選定し得る。一方、目位置７００が、例えば、右目位置７００Ｒ及び左目位置７００Ｌのうち予め定められた一方の位置、右目位置７００Ｒ及び左目位置７００Ｌのうち検出可能な（検出しやすい）いずれか一方の位置、又は右目位置７００Ｒと左目位置７００Ｌとから算出される１つの位置（例えば、右目位置７００Ｒと左目位置７００Ｌとの中点）である場合、表示パラメータ設定モジュール５１２は、目位置７００に対応する１つの表示パラメータ６００を選定し得る。なお、表示パラメータ設定モジュール５１２は、目位置７００に対応する表示パラメータ６００と、当該目位置７００の周囲に設定される表示パラメータ６００も選定し得る。すなわち、表示パラメータ設定モジュール５１２は、目位置７００に対応する３つ以上の表示パラメータ６００を選定し得る。
【0092】
図６の目位置状態判定モジュール５０８は、観察者の目位置７００が不安定状態であるか判定する（Ｓ１７０）。目位置状態判定モジュール５０８は、（１０）観察者の目位置７００が移動しているか否かを判定し、目位置の移動を検出した場合、不安定状態であると判定すること、（２０）観察者の目位置７００が所定の閾値以上の速度で移動しているか否かを判定し、所定の閾値以上の速度での移動を検出した場合、不安定状態であると判定すること、（３０）観察者の目位置７００が検出できるか否かを判定し、目位置７００が検出できない場合、不安定状態であると判定すること、（４０）観察者の目位置７００がアイボックス２００外にあるか否かを判定し、アイボックス２００外にある場合、不安定状態であると判定すること、（５０）観察者の目位置７００がアイボックス２００外にあると推定できるか判定し、アイボックス２００外にあると推定できる場合、不安定状態であると判定すること、又は（６０）観察者の目位置７００がアイボックス２００外になると予測されるか否かを判定し、アイボックス２００外になると予測される場合、不安定状態であると判定すること、など観察者の目位置７００が不安定状態であることに関係する様々な動作を実行するための様々なソフトウェア構成要素を含む。すなわち、目位置状態判定モジュール５０８は、目位置７００の検出情報、推定情報、又は予測情報から、目位置が移動している状態か、目位置が高速で移動している状態か、及び／又はその他の不安定状態であるか否かを判定するためのテーブルデータ、演算式、などを含み得る。
【0093】
（Ｓ１７６）目位置検出モジュール５０２は、目位置検出部４１１から所定の測定時間内において取得された複数の観測位置の各々の位置データの分散を算出し、目位置状態判定モジュール５０８は、目位置検出モジュール５０２により算出された分散が所定の閾値よりも大きい場合、観察者の目位置の安定度が低い（不安定である。）と判定する形態であってもよい。
【0094】
（Ｓ１７８）目位置検出モジュール５０２は、目位置検出部４１１から所定の測定時間内において取得された複数の観測位置の各々の位置データの偏差を算出し、目位置状態判定モジュール５０８は、目位置検出モジュール５０２により算出された偏差が所定の閾値よりも大きい場合、観察者の目位置の安定度が低い（不安定である。）と判定する（不安定状態ではない）形態であってもよい。
【0095】
また、方法Ｓ１７６の分散や方法Ｓ１７８の偏差を用いずに、目位置検出モジュール５０２は、所定の単位時間当りに、目位置７００が移動した部分視域の数が、所定の閾値より多くなったときに、観察者の目位置の安定度が低い（不安定である。）と判定する（不安定状態ではない）形態であってもよい。また、目位置検出モジュール５０２は、所定の単位時間当りに、目位置７００が移動総距離（単位時間当りに複数回取得される複数の観測位置の間の距離の総和）が、所定の閾値より長くなったときに、観察者の目位置の安定度が低い（不安定である。）と判定する（不安定状態ではない）形態であってもよい。
【0096】
（Ｓ１７６）観察者の目位置７００が検出できるか否かの判定する方法は、（１）目位置検出部４１１から所定期間内において取得される観察者の目の観測位置の一部（例えば、所定の回数以上。）又は全部が検出できないこと、（２）目位置検出モジュール５０２が、通常の動作において、観察者の目位置７００を検出できないこと、（３）目位置推定モジュール５０４が、通常の動作において、観察者の目位置７００を推定できないこと、（４）目位置予測モジュール５０６が、通常の動作において、観察者の目位置７００を予測できないこと、又はこれらの組み合わせにより、観察者の目位置７００が検出できない（観察者の目位置７００が不安定状態である）と判定すること、を含む（なお前記判定方法は、これらに限定されない。）。
【0097】
（Ｓ１７８）観察者の目位置７００がアイボックス２００外にあるか否かの判定する方法は、（１）目位置検出部４１１から所定期間内において取得される観察者の目の観測位置の一部（例えば、所定の回数以上。）又は全部をアイボックス２００外で取得すること、（２）目位置検出モジュール５０２が観察者の目位置７００をアイボックス２００外で検出すること、又はこれらの組み合わせにより、観察者の目位置７００がアイボックス２００外にある（観察者の目位置７００が不安定状態である）と判定すること、を含む（なお前記判定方法は、これらに限定されない。）。
【0098】
（Ｓ１８０）観察者の目位置７００がアイボックス２００外にあると推定できるか判定する方法は、（１）目位置検出部４１１で観察者の目位置７００の移動が検出された後、観察者の目位置７００が検出できなくなったこと、（２）目位置検出モジュール５０２が観察者の目位置７００をアイボックス２００の境界２００Ａの近傍で検出すること、（３）目位置検出モジュール５０２が観察者の右目位置７００Ｒ及び左目位置７００Ｌのいずれかアイボックス２００の境界２００Ａの近傍で検出すること、又はこれらの組み合わせにより、観察者の目位置７００がアイボックス２００外にあると推定できる（観察者の目位置７００が不安定状態である）と判定すること、を含む（なお前記判定方法は、これらに限定されない。）。
【0099】
（Ｓ１８２）観察者の目位置７００がアイボックス２００外になると予測されるか否かを判定する方法は、（１）目位置予測モジュール５０６が所定時間後の観察者の目位置７００をアイボックス２００外に予測すること、（２）目位置検出モジュール５０２が新たに検出した目位置７００が、過去に検出した目位置７００に対して、メモリ３７に予め記憶された目位置移動距離閾値以上であること（目位置７００の移動速度が、メモリ３７に予め記憶された目位置移動速度閾値以上であること。）、又はこれらの組み合わせにより、観察者の目位置７００がアイボックス２００外にあると予測できる（観察者の目位置７００が不安定状態である）と判定すること、を含む（なお前記判定方法は、これらに限定されない。）。
【0100】
スポット照明パターン設定モジュール５１０は、目位置状態判定モジュール５０８により不安定状態ではないと判定された場合、第１のスポットライティングパターンＳＰ１に設定する（Ｓ１９２）。一方、表示パラメータ設定モジュール５１２は、目位置状態判定モジュール５０８により不安定状態であると判定された場合、第１のスポットライティングパターンＳＰ１より表示光Ｋを向ける領域を拡げた第２のスポットライティングパターンＳＰ２に設定してもよい（Ｓ１９４）。
【0101】
再び図６を参照する。グラフィックモジュール５１４は、レンダリングなどの画像処理をして画像データを生成し、表示器５０を駆動するための様々な既知のソフトウェア構成要素を含む。また、グラフィックモジュール５１４は、表示される画像の、種類、配置（位置座標、角度）、サイズ、表示距離（３Ｄの場合。）、視覚的効果（例えば、輝度、透明度、彩度、コントラスト、又は他の視覚特性）、を変更するための様々な既知のソフトウェア構成要素を含んでいてもよい。グラフィックモジュール５１４は、画像の種類（表示パラメータの１つ。）、画像の位置座標（表示パラメータの１つ。）、画像の角度（Ｘ方向を軸としたピッチング角、Ｙ方向を軸としたヨーレート角、Ｚ方向を軸としたローリング角などであり、表示パラメータの１つ。）、及び画像のサイズ（表示パラメータの１つ。）で観察者に視認されるように画像データを生成し、ＨＵＤ装置２０を駆動し得る。
【0102】
光源駆動モジュール５１６は、指向性光源ユニット６０を駆動することを実行するための様々な既知のソフトウェア構成要素を含む。光源駆動モジュール５１６は、設定されたスポットライティングパターン、表示パラメータ６００に基づき、指向性光源ユニット６０を駆動し得る。
【0103】
アクチュエータ駆動モジュール５１８は、第１アクチュエータ２８及び／又は第２アクチュエータ２９を駆動することを実行するための様々な既知のソフトウェア構成要素を含むアクチュエータ駆動モジュール５１８は、設定された表示パラメータ６００に基づき、第１アクチュエータ２８及び第２アクチュエータ２９を駆動し得る。
【0104】
図６の明るさ検出モジュール５２０は、明るさセンサ４１５により、車両１の車室の前方に存在する前景の所定範囲の照度又は輝度を外界明るさ（明るさ情報の一例）、又は車室内の照度又は輝度を車内明るさ（明るさ情報の一例）として検出する。明るさ検出モジュール５２０は、明るさ情報を取得すること（検出すること）、取得された明るさ情報と所定の閾値とを比較して比較結果を出力すること、に関係する様々な動作を実行するための様々なソフトウェア構成要素を含む。
【0105】
また、明るさ検出モジュール５２０は、車両１の車室の前方に存在する前景の所定範囲の照度又は輝度である外界明るさ、又は車室内の照度又は輝度である車内明るさなど、明るさを予測可能な情報を取得する。明るさを予測可能な情報は、例えば、道路情報データベース４０３から明るさが暗くなる位置などを示す情報である。これに基づき、明るさ検出モジュール５２０は、例えば、所定の時間後に明るくなること又は暗くなることを予測して、予測結果を出力しても良い。
【0106】
いくつかの実施形態では、プロセッサ３３は、明るさ検出モジュール５２０から取得した周囲の明るさに関する情報、又は周囲の明るさを予測可能な情報を取得し、スポット照明パターン設定モジュール５１０を実行することで、周囲の明るさが暗いと推定される場合、副部分領域ＤＢの発光強度の、主部分領域ＤＡの発光強度に対する割合を高くしてもよい。具体的に例えば、スポット照明パターン設定モジュール５１０は、周囲が明るい場合、主部分領域ＤＡと副部分領域ＤＢとの光強度の割合は、１：０．７に設定し、周囲が暗い場合、１：０．８に設定してもよい。また、いくつかの実施形態では、スポット照明パターン設定モジュール５１０は、周囲が明るい場合、主部分領域ＤＡと副部分領域ＤＢとの光強度の割合は、１：１．３に設定し、周囲が暗い場合、１：１．５に設定してもよい。暗い環境では、各発光領域ＤＭから出射される照明光の強度を全体的に低下させるが、これにより、周囲の発光領域ＤＭに基づく光量同士の合波の影響（光量の増加）が少なくなるが、暗い環境下で、副部分領域ＤＢの発光強度の、主部分領域ＤＡの発光強度に対する割合を高くすることで、部分視域Ｅの境界付近での画像（虚像）の輝度低下を抑えることができる。
【0107】
上述の処理プロセスの動作は、汎用プロセッサ又は特定用途向けチップなどの情報処理装置の１つ以上の機能モジュールを実行させることにより実施することができる。これらのモジュール、これらのモジュールの組み合わせ、及び／又はそれらの機能を代替えし得る公知のハードウェアとの組み合わせは全て、本発明の保護の範囲内に含まれる。
【0108】
車両用表示システム１０の機能ブロックは、任意選択的に、説明される様々な実施形態の原理を実行するために、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって実行される。図６で説明する機能ブロックが、説明される実施形態の原理を実施するために、任意選択的に、組み合わされ、又は１つの機能ブロックを２以上のサブブロックに分離されてもいいことは、当業者に理解されるだろう。したがって、本明細書における説明は、本明細書で説明されている機能ブロックのあらゆる可能な組み合わせ若しくは分割を、任意選択的に支持する。
【0109】
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態における指向性光源ユニット６０Ａの構成を示す図である。図１２は、図８に示す光源アレイ８０Ａの一態様を示す図である。指向性光源ユニット６０は、フィールドレンズ７７Ａ、及びアレイ状に複数の光源（本実施形態では、図１２に示すように８１個）を配置した光源アレイ８０Ａから構成される。光源アレイ８０Ａ（面状照明部ＳＥ）は、ｍ個（ｍ＞ｎ）の部分領域Ｄ（本実施形態の部分領域Ｄは、Ｄ（１，１）～Ｄ（１１，１１）までの１２１個。）にそれぞれ配置され、表示制御装置３０が、目位置検出部４１１で検出した目位置が存在する部分視域Ｅに対応するスポットライティングパターンＳＰに強い表示光Ｋが向くように、部分的に光源を駆動する（部分駆動する）ことで、上記の指向性光源ユニット６０Ａの場合と同様に、観察者に画像（虚像Ｖ）を視認させることで、観察者の目が存在しない部分視域Ｅに光を向かわないようにすることができる。
図８は、第２の実施形態における指向性光源ユニット６０Ａの構成を示す図である。図１２は、図８に示す光源アレイ８０Ａの一態様を示す図である。指向性光源ユニット６０は、フィールドレンズ７７Ａ、及びアレイ状に複数の光源（本実施形態では、図１２に示すように８１個）を配置した光源アレイ８０Ａから構成される。光源アレイ８０Ａ（面状照明部ＳＥ）は、ｍ個（ｍ＞ｎ）の部分領域Ｄ（本実施形態の部分領域Ｄは、Ｄ（１，１）～Ｄ（１１，１１）までの１２１個。）にそれぞれ配置され、表示制御装置３０が、目位置検出部４１１で検出した目位置が存在する部分視域Ｅに対応するスポットライティングパターンＳＰに強い表示光Ｋが向くように、部分的に光源を駆動する（部分駆動する）ことで、上記の指向性光源ユニット６０Ａの場合と同様に、観察者に画像（虚像Ｖ）を視認させることで、観察者の目が存在しない部分視域Ｅに光を向かわないようにすることができる。
【0110】
フィールドレンズ７７Ａは、光源アレイ８０Ａと光変調素子５１との間の各部分領域Ｄに配置された光源から出射された照明光の光路上に配置されている。本実施形態の第２のフィールドレンズ７７は、１つ又は複数のフィールドレンズから構成され、光拡散光学系８０の各部分領域Ｄにより拡散された照明用レーザービーム７４が光変調素子５１の全面を透過照明するように設計された前段光学部材（バックライト光学部材）である。また、フィールドレンズ７７Ａは、光変調素子５１から出射される表示光Ｋが虚像光学系９０（リレー光学系４０及びフロントウインドシールド２から構成されるＨＵＤ光学部材）を経てアイボックス２００内の任意の位置にある部分視域Ｅに届くように設計されている。
【0111】
拡散板７８は、光変調素子５１とフィールドレンズ７７Ａとの間の照明光の光路上に配置されている。拡散板７８は、受光した照明光を拡散させて光変調素子５１に出射する。これにより、アイボックス２００の部分視域Ｅ内で視認される複数の発光領域ＤＭから出射された照明光により生成される表示光Ｋにおける輝度ムラを低減できる。拡散板７８は、光を拡散させる機能がある光学部材であれば良く、例えばその表面がビーズ部材や微細な凹凸構造、粗面で構成される。また、ドットシートや透過性の乳白色のシートでも良い。
【0112】
本実施形態の光源アレイ８０Ａは、ｍ個の部分領域ＤにそれぞれＬＥＤなどの光源が１つずつ配置されており（複数配置されてもよい）、ｍ個のいずれの部分領域Ｄに配置された光源が出射する照明光は、フィールドレンズ７７、拡散板７８、を透過した後に、光変調素子５１の全面に照射され、光変調された表示光Ｋが虚像光学系９０を通過した後に、所定の部分領域Ｄに対応する所定のアイボックス２００内の所定の領域に照射される。
【0113】
図１２、図１３Ａ、及び図１３Ｂを参照して、発光領域ＤＭの縦方向の長さＰＶと、横方向の長さＰＨとの関係を説明する。図１２、図１３Ａ、及び図１３Ｂは、発光パターンが異なるが、所定の光強度以上で発光させる１群の部分領域Ｄを全て含むバウンディングボックスを、発光領域ＤＭと定義すると、図１２、図１３Ａ、及び図１３Ｂにおける発光領域ＤＭの大きさは同じと言える。発光領域ＤＭの横方向は、アイボックス２００の左右方向（Ｘ軸方向）に対応し、発光領域ＤＭの縦方向は、アイボックス２００の上下方向（Ｙ軸方向）に対応する。本実施形態では、発光領域ＤＭの横方向の長さＰＨが、縦方向の長さＰＶの２倍以上に設定される。これにより、発光領域ＤＭに対応するスポットライティングパターンＳＰの横方向の長さが、縦方向の長さの概ね２倍以上に設定される。これにより、スポットライティングパターンＳＰの縦方向を小さくして光源の電力を抑えつつも、スポットライティングパターンＳＰの横方向を大きくして目位置７００が横方向に移動しても画像（虚像）を所望の輝度で視認させることができる。
【0114】
すなわち、いくつかの実施形態において、スポットライティングパターンＳＰの広さは、部分視域Ｅより広く設定されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、スポットライティングパターンＳＰの左右方向の長さは、部分視域Ｅの２倍以上に設定されてもよい。具体的には、部分視域Ｅの縦方向の長さが２６［ｍｍ］、横方向の長さが１０［ｍｍ］に対して、スポットライティングパターンＳＰの縦方向の長さが５２［ｍｍ］、横方向の長さが２０［ｍｍ］になるように、発光領域ＤＭの配置、発光領域ＤＭが出射する光強度の調整（バランス）、及び／又は集光光学系の全体又は部分的な光学的な調整が行われる。
【0115】
【0116】
図１４Ａの例では、指向性光源ユニット６０は、１つの部分視域Ｅ内に異なる５箇所に照射され得るように部分領域Ｄを配置する。具体的には、部分視域Ｅの中心に１箇所、部分視域Ｅの４隅に４箇所の合計５箇所である。図１４Ａに示す一態様において、表示制御装置３０は、目位置７００が存在する部分視域Ｅ内の異なる５箇所全てに表示光Ｋが照射されるように指向性光源ユニット６０を制御する。発光領域ＤＭは、目位置７００が存在する部分視域Ｅの中心に集光する表示光Ｋの元となる照明光を出射する主部分領域ＤＡと、主部分領域ＤＡよりも目位置７００が存在する部分視域Ｅの中心から離れた位置に集光する表示光Ｋの元となる照明光を出射する副部分領域ＤＢと、を含む。すなわち、左目位置７００Ｌが部分視域Ｅ（４，３）に存在する場合、主部分領域ＤＡは、部分領域Ｄ（８，６）であり、副部分領域ＤＢは、部分領域Ｄ（７，５），Ｄ（９，５），Ｄ（７，７），及びＤ（９，７）である。一方、右目位置７００Ｒが部分視域Ｅ（２，３）に存在する場合、主部分領域ＤＡは、部分領域Ｄ（４，６）であり、副部分領域ＤＢは、部分領域Ｄ（３，５），Ｄ（５，５），Ｄ（３，７），及びＤ（５，７）である。
【0117】
図１４Ｂの例では、指向性光源ユニット６０は、１つの部分視域Ｅ内に異なる３箇所に照射され得るように部分領域Ｄを配置する。具体的には、部分視域Ｅの中心に１箇所、部分視域Ｅの４隅のうち２箇所の合計３箇所である。図１４Ｂに示す一態様において、表示制御装置３０は、目位置７００が存在する部分視域Ｅ内の異なる３箇所全てに表示光Ｋが照射されるように指向性光源ユニット６０を制御する。発光領域ＤＭは、目位置７００が存在する部分視域Ｅの中心に集光する表示光Ｋの元となる照明光を出射する主部分領域ＤＡと、主部分領域ＤＡよりも目位置７００が存在する部分視域Ｅの中心から離れた位置に集光する表示光Ｋの元となる照明光を出射する副部分領域ＤＢと、を含む。すなわち、左目位置７００Ｌが部分視域Ｅ（４，３）に存在する場合、主部分領域ＤＡは、部分領域Ｄ（８，６）であり、副部分領域ＤＢは、部分領域Ｄ（７，５），及びＤ（９，７）である。一方、右目位置７００Ｒが部分視域Ｅ（２，３）に存在する場合、主部分領域ＤＡは、部分領域Ｄ（４，６）であり、副部分領域ＤＢは、部分領域Ｄ（３，５），及びＤ（５，７）である。
【0118】
図１４Ｃの例では、指向性光源ユニット６０は、１つの部分視域Ｅ内に異なる４箇所に照射され得るように部分領域Ｄを配置する。具体的には、部分視域Ｅの４隅の４箇所である。図１４Ｃに示す一態様において、表示制御装置３０は、目位置７００が存在する部分視域Ｅ内の異なる４箇所全てに表示光Ｋが照射されるように指向性光源ユニット６０を制御する。発光領域ＤＭは、目位置７００が存在する部分視域Ｅの中心に集光する表示光Ｋの元となる照明光を出射する主部分領域ＤＡを含まず、主部分領域ＤＡよりも目位置７００が存在する部分視域Ｅの中心から離れた位置に集光する表示光Ｋの元となる照明光を出射する副部分領域ＤＢのみを含む。すなわち、左目位置７００Ｌが部分視域Ｅ（４，３）に存在する場合、主部分領域ＤＡはなく、副部分領域ＤＢは、部分領域Ｄ（７，５），Ｄ（９，５），Ｄ（７，７），及びＤ（９，７）である。一方、右目位置７００Ｒが部分視域Ｅ（２，３）に存在する場合、主部分領域ＤＡはなく、副部分領域ＤＢは、部分領域Ｄ（３，５），Ｄ（５，５），Ｄ（３，７），及びＤ（５，７）である。
【0119】
図１４Ｄの例では、指向性光源ユニット６０は、１つの部分視域Ｅ内に異なる２箇所に照射され得るように部分領域Ｄを配置する。具体的には、部分視域Ｅの４隅以外の２箇所である。図１４Ｄに示す一態様において、表示制御装置３０は、目位置７００が存在する部分視域Ｅ内の異なる２箇所全てに表示光Ｋが照射されるように指向性光源ユニット６０を制御する。発光領域ＤＭは、目位置７００が存在する部分視域Ｅの中心に集光する表示光Ｋの元となる照明光を出射する主部分領域ＤＡを含まず、主部分領域ＤＡよりも目位置７００が存在する部分視域Ｅの中心から離れた位置であり、部分視域Ｄの境界ではない位置に集光する表示光Ｋの元となる照明光を出射する副部分領域ＤＢのみを含む。すなわち、左目位置７００Ｌが部分視域Ｅ（４，３）に存在する場合、主部分領域ＤＡはなく、副部分領域ＤＢは、部分視域Ｄの境界ではない部分領域Ｄ（７．５，６），及びＤ（８．５，６）である。一方、右目位置７００Ｒが部分視域Ｅ（２，３）に存在する場合、主部分領域ＤＡはなく、副部分領域ＤＢは、部分領域Ｄ（３．５，６），及びＤ（４．５，６）である。
【0120】
いくつかの実施形態の光源素子６０（６０Ａ）は、図４Ｂ、図１４Ａ、及び図１４Ｂに示すように、部分視域Ｅの中心に表示光Ｋが向けられるための照明光を出射する主部分領域ＤＡを有していてもよい。この場合、プロセッサ３３は、発光領域ＤＭが、部分視域Ｅの中心に表示光が向けられるための照明光を出射する主部分領域ＤＡを含むように発光パターンを設定してもよい。
【0121】
また、いくつかの実施形態の光源素子６０（６０Ａ）は、図４Ｂ、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、及び図１４Ｄに示すように、部分視域Ｅの中心に表示光が向けられるための照明光を出射し得る位置を点対称とした２つ以上の副部分領域ＤＢを有している。この場合、プロセッサ３３は、発光領域ＤＭが、部分視域Ｅの中心に表示光が向けられるための照明光を出射し得る位置を点対称とした２つ以上の副部分領域ＤＢを含むように発光パターンを設定する。
【0122】
また、いくつかの実施形態の光源素子６０（６０Ａ）は、図４Ｂ、図１４Ａ、図１４Ｂ、及び図１４Ｃに示すように、部分視域Ｅの中心に表示光が向けられるための照明光を出射し得る位置を点対称とした上述の２つ以上の副部分領域ＤＢを、部分視域Ｅの境界に表示光が向けられるための照明光を出射し得る位置に配置してもよい。
【0123】
また、いくつかの実施形態の光源素子６０（６０Ａ）は、図４Ｂ、図１４Ａ、図１４Ｂ、及び図１４Ｃに示すように、部分視域Ｅの中心に表示光が向けられるための照明光を出射し得る位置を点対称とした上述の２つ以上の副部分領域ＤＢを、部分視域Ｅの４隅のうち点対称な２隅又は４隅全てに表示光が向けられるための照明光を出射し得る位置に配置してもよい。
【0124】
いくつかの実施形態の光源素子６０（６０Ａ）は、図１４Ｃ、及び図１４Ｄに示すように、部分視域Ｅの中心に表示光が向けられるための照明光を出射する主部分領域ＤＡを有さず、部分視域Ｅの中心に表示光が向けられるための照明光を出射し得る位置を点対称とした上述の２つ以上の副部分領域ＤＢのみ有していてもよい。
【0125】
なお、光源素子６０（６０Ａ）における部分領域Ｄの配置は、全体で規則的に配列されている必要はなく、例えば、アイボックス２００の中心（及びその周辺）に対応する位置と、アイボックス２００の周辺に対応する位置と、で異ならせてもよい。また、光源素子６０（６０Ａ）における部分領域Ｄの配置は、アイボックス２００の左右方向の中心（及びその周辺）に対応する位置と、アイボックス２００の左右方向における周辺に対応する位置と、で異ならせてもよい。また、光源素子６０（６０Ａ）における部分領域Ｄの配置は、アイボックス２００の上下方向の中心（及びその周辺）に対応する位置と、アイボックス２００の上下方向における周辺に対応する位置と、で異ならせてもよい。
【0126】
また、上記実施形態では、光源素子６０（６０Ａ）は、ｎ個の部分視域Ｅより多いｍ個の部分領域Ｄを有するものであったが、これに限定されない。すなわち、部分視域Ｅの数（ｎ個）と部分領域Ｄの数（ｍ個）は、等しくてもよい。
【0127】
また、上記実施形態では、表示制御装置３０（プロセッサ３３）は、自車両１における前後方向の目位置（Ｚ軸座標）に基づいて、面状照明部ＳＥにおける発光領域ＤＭの広さを変更していたが、これに限定されるものではない。表示制御装置３０（プロセッサ３３）は、自車両１における前後方向の目位置（Ｚ軸座標）に加えて、（１）自車両１における左右方向の目位置（Ｘ座標）、（２）自車両１における上下方向の目位置（Ｙ座標）、（３）又はこれらの組み合わせの目位置（Ｘ座標、Ｙ座標）、に基づいても、面状照明部ＳＥにおける発光領域ＤＭの広さを変更してもよい。
【符号の説明】
【0128】
１ ：車両
２ ：フロントウインドシールド（被投影部）
３ ：非正反射素子
１０ ：車両用表示システム
２０ ：ＨＵＤ装置
２８ ：第１アクチュエータ
２９ ：第２アクチュエータ
３０ ：表示制御装置
３１ ：Ｉ／Ｏインタフェース
３３ ：プロセッサ
３５ ：画像処理回路
３７ ：メモリ
４０ ：リレー光学系
４１ ：第１ミラー
４２ ：第２ミラー
５０ ：表示器
５１ ：光変調素子
５２ ：表示面
６０ ：指向性光源ユニット（光源素子）
６０Ａ ：指向性光源ユニット（光源素子）
７０ ：光源
７４ ：照明用レーザービーム
７５ ：走査デバイス
７６ ：第１のフィールドレンズ
７７ ：第２のフィールドレンズ
７７Ａ ：フィールドレンズ
７８ ：拡散板
８０ ：光拡散光学系（面状照明部）
８０Ａ ：光源アレイ（面状照明部）
８１ ：レンズアレイ
８２ ：ホログラム記録媒体
９０ ：虚像光学系
１００ ：虚像表示領域
１０１ ：上端
１０２ ：下端
２００ ：アイボックス
２００Ａ ：境界
２０５ ：中心
４０１ ：車両ＥＣＵ
４０３ ：道路情報データベース
４０５ ：自車位置検出部
４０７ ：車外センサ
４０９ ：操作検出部
４１１ ：目位置検出部（視線方向検出部）
４１３ ：ＩＭＵ
４１５ ：明るさセンサ
４１７ ：携帯情報端末
４１９ ：外部通信機器
５０２ ：目位置検出モジュール
５０４ ：目位置推定モジュール
５０６ ：目位置予測モジュール
５０８ ：目位置状態判定モジュール
５１０ ：スポット照明パターン設定モジュール
５１２ ：表示パラメータ設定モジュール
５１４ ：グラフィックモジュール
５１６ ：光源駆動モジュール
５１８ ：アクチュエータ駆動モジュール
５２０ ：明るさ検出モジュール
６００ ：表示パラメータ
７００ ：目位置
７００Ｌ ：左目
７００Ｒ ：右目
Ｄ ：部分視域
ＤＡ ：主部分領域
ＤＢ ：副部分領域
ＤＭ ：発光領域
ＤＭＬ ：左目用発光領域
ＤＭＲ ：右目用発光領域
Ｅ ：部分視域
ＳＰ ：スポットライティングパターン
ＳＰ１ ：第１のスポットライティングパターン
ＳＰ２ ：第２のスポットライティングパターン
ＳＰＬ ：左目用スポットライティングパターン
ＳＰＲ ：右目用スポットライティングパターン
Ｖ ：虚像
θｔ ：チルト角
θｖ ：縦配置角
２ ：フロントウインドシールド（被投影部）
３ ：非正反射素子
１０ ：車両用表示システム
２０ ：ＨＵＤ装置
２８ ：第１アクチュエータ
２９ ：第２アクチュエータ
３０ ：表示制御装置
３１ ：Ｉ／Ｏインタフェース
３３ ：プロセッサ
３５ ：画像処理回路
３７ ：メモリ
４０ ：リレー光学系
４１ ：第１ミラー
４２ ：第２ミラー
５０ ：表示器
５１ ：光変調素子
５２ ：表示面
６０ ：指向性光源ユニット（光源素子）
６０Ａ ：指向性光源ユニット（光源素子）
７０ ：光源
７４ ：照明用レーザービーム
７５ ：走査デバイス
７６ ：第１のフィールドレンズ
７７ ：第２のフィールドレンズ
７７Ａ ：フィールドレンズ
７８ ：拡散板
８０ ：光拡散光学系（面状照明部）
８０Ａ ：光源アレイ（面状照明部）
８１ ：レンズアレイ
８２ ：ホログラム記録媒体
９０ ：虚像光学系
１００ ：虚像表示領域
１０１ ：上端
１０２ ：下端
２００ ：アイボックス
２００Ａ ：境界
２０５ ：中心
４０１ ：車両ＥＣＵ
４０３ ：道路情報データベース
４０５ ：自車位置検出部
４０７ ：車外センサ
４０９ ：操作検出部
４１１ ：目位置検出部（視線方向検出部）
４１３ ：ＩＭＵ
４１５ ：明るさセンサ
４１７ ：携帯情報端末
４１９ ：外部通信機器
５０２ ：目位置検出モジュール
５０４ ：目位置推定モジュール
５０６ ：目位置予測モジュール
５０８ ：目位置状態判定モジュール
５１０ ：スポット照明パターン設定モジュール
５１２ ：表示パラメータ設定モジュール
５１４ ：グラフィックモジュール
５１６ ：光源駆動モジュール
５１８ ：アクチュエータ駆動モジュール
５２０ ：明るさ検出モジュール
６００ ：表示パラメータ
７００ ：目位置
７００Ｌ ：左目
７００Ｒ ：右目
Ｄ ：部分視域
ＤＡ ：主部分領域
ＤＢ ：副部分領域
ＤＭ ：発光領域
ＤＭＬ ：左目用発光領域
ＤＭＲ ：右目用発光領域
Ｅ ：部分視域
ＳＰ ：スポットライティングパターン
ＳＰ１ ：第１のスポットライティングパターン
ＳＰ２ ：第２のスポットライティングパターン
ＳＰＬ ：左目用スポットライティングパターン
ＳＰＲ ：右目用スポットライティングパターン
Ｖ ：虚像
θｔ ：チルト角
θｖ ：縦配置角
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】