JP2010276689A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 視認者がスペックルノイズの影響を受けずに、明瞭な表示を視認することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】 半導体レーザー１１，１２，１３は、レーザー光Ｒを発する。光ファイバー２５は、半導体レーザー１１，１２，１３から出射したレーザー光Ｒを伝播する。表示像生成手段１９は、光ファイバー２５から発せられたレーザー光Ｒにて表示像Ｌを生成する。反射手段２１，２２は、表示像Ｌを投影部材に向けて反射させる。振動発生手段３２は、光ファイバー２５を振動させる。高周波重畳回路３１は、半導体レーザー１１，１２，１３の閾値Ｉｔｈを跨いで電流値を増減させる。表示像Ｌの映像信号に高周波電流増減信号を重畳させて半導体レーザー１１，１２，１３を駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー光源を備えたヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

従来より、車両のウインドシールド或いはコンバイナと称される半透過板に表示像を投影し、虚像を表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置が種々提案されており、例えば特許文献１に開示されている。車両用ヘッドアップディスプレイ装置１は車両のダッシュボード内に配設されており、この車両用ヘッドアップディスプレイ装置１が投射する表示像Ｌはウインドシールド２により車両運転者３に反射され、車両運転者３は虚像Ｖを風景と重畳させて視認することができる（図６参照）。

このような車両用ヘッドアップディスプレイ装置１において、半導体レーザーを光源としたものが提案されており、例えば特許文献２に開示されている。また、本願出願人も半導体レーザーを用いたヘッドアップディスプレイ装置を特願２００８−３１８０５５号として提案している。斯かる車両用ヘッドアップディスプレイ装置１は、半導体レーザー，走査系，スクリーンを備えており、半導体レーザーから発せられたレーザー光を走査系でスクリーン上に走査して表示像を生成するものである。

特開平５−１９３４００号公報 特開平７−２７０７１１号公報

しかしながら、レーザー光はコヒーレントな光であるため、スペックルノイズが発生するという問題を有していた。スペックルノイズは、スクリーンで拡散された光が同位相で重なった場合、光の干渉によって強めあい強度が高くなる一方、拡散された光の位相が１／２波長ずれた場合、弱めあい強度が低くなるために発生する。スペックルノイズは、人間の見た目には表示がギラついて見えたり、明暗の斑点模様にように見えたりする。また、画質が低下するとともに、視認者にとって不快感を与える原因となる。
本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、視認者がスペックルノイズの影響を受けずに、明瞭な表示を視認することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供するものである。

本発明は、前記課題を解決するため、レーザー光Ｒを発する半導体レーザー１１，１２，１３と、前記半導体レーザー１１，１２，１３から出射した前記レーザー光Ｒを伝播する光ファイバー２５と、前記光ファイバー２５から発せられた前記レーザー光Ｒにて表示像Ｌを生成する表示像生成手段１９，５１と、前記表示像Ｌを投影部材に向けて反射させる反射手段２１，２２と、を備えたヘッドアップディスプレイ装置であって、前記光ファイバー２５を振動させる振動発生手段３２を備えたものである。

また、本発明は、前記表示像生成手段は、前記光ファイバー２５から出射した前記レーザー光Ｒを空間変調させると共に特定方向に反射させる光路分岐空間変調手段５１である。

また、本発明は、前記半導体レーザー１１，１２，１３の閾値Ｉｔｈを跨いで電流値を増減させる高周波重畳回路３１を備え、前記表示像Ｌの映像信号に高周波電流増減信号を重畳させて前記半導体レーザー１１，１２，１３を駆動するものである。

レーザー光Ｒを伝播する光ファイバーを振動させる振動発生手段を設けたことにより、スペックルノイズを低減でき、明瞭な表示を視認することができる。

本発明の第一実施形態を示す側面図。 同上実施形態を示すマルチモード化の概念図。 同上実施形態を示す高周波重畳回路のブロック図。 同上実施形態を示す高周波電流印加の概念図。 本発明の第二実施形態を示す側面図。 従来例を示す概観図。

以下、添付の図面に基づいて、本発明の一実施形態について説明する。図１乃至図４は第一実施形態を示す図である。

１１は赤色レーザーダイオード（半導体レーザー）であり、この赤色レーザーダイオード１１は赤色のレーザー光Ｒを発するものである。１２は緑色レーザーダイオード（半導体レーザー）であり、この緑色レーザーダイオード１２は緑色のレーザー光Ｒを発するものである。１３は青色レーザーダイオード（半導体レーザー）であり、この青色レーザーダイオード１３は青色のレーザー光Ｒを発するものである。

１４はペルチェ素子であり、このペルチェ素子１４は、レーザーダイオード１１，１２，１３の温度を調整するものであり、レーザーダイオード１１，１２，１３に密着するように配設される。ペルチェ素子１４は、レーザーダイオード１１，１２，１３の作動時にはレーザーダイオード１１，１２，１３の発熱を除去すると共に、低温時にはレーザーダイオード１１，１２，１３を加熱する。

１５は光ファイバーであり、この光ファイバー１５は、レーザーダイオード１１，１２，１３が発したレーザー光Ｒを伝播させる。光ファイバー１５は、マルチモードファイバーからなるものである。レーザーダイオード１１，１２，１３が発したレーザー光Ｒは、光ファイバー１５の一端から入射し、光ファイバー１５の他端から出射する。１６はファイバーカプラであり、このファイバーカプラ１６は、光ファイバー１５の前記他端から出射したレーザー光Ｒを受光して混色させる。

１７はコリメート光学系であり、このコリメート光学系１７は、ファイバーカプラ１６にて混色されたレーザー光Ｒを平行光にするものである。１９は表示像生成手段であり、この表示像生成手段１９は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー１８と、スクリーン２０とからなるものである。ＭＥＭＳミラー１８は、コリメート光学系１７から出射されたレーザー光Ｒを走査して、スクリーン２０に表示像Ｌを生成させる。

スクリーン２０は、ＭＥＭＳミラー１８で走査されたレーザー光Ｒを背面で受光して表示像Ｌを生成する。スクリーン２０は拡散板からなるものであるが、例えば、ホログラフィックディフューザ，マイクロレンズアレイまたは偏光板からなるものであっても良い。２１は平面ミラー（反射手段）であり、この平面ミラー２１はスクリーン２０に表示された表示像Ｌを後述する凹面ミラーに折り返すものである。２２は凹面ミラー（反射手段）であり、この平面ミラー２１で反射された表示像Ｌをウインドシールド（投影部材）に投影する。

２３はハウジングであり、このハウジング２３には、コリメート光学系１７，ＭＥＭＳミラー１８，スクリーン２０，平面ミラー２１，凹面ミラー２２等が収容される。ハウジング２３には、表示像Ｌが出射する窓部２４が設けられている。この窓部２４はアクリル等の透光性樹脂からなるものであり、湾曲形状になっている。レーザーダイオード１１，１２，１３，ペルチェ素子１４，ファイバーカプラ１６は、ハウジング２３外に配置されており、ファイバーカプラ１６にて混色されたレーザー光Ｒは、光ファイバー２５でコリメート光学系１７に伝播される。なお、光ファイバー２５は、マルチモードファイバーからなるものである。

３１は高周波重畳回路であり、この高周波重畳回路３１は、レーザーダイオード１１，１２，１３の電流を閾値Ｉｔｈを跨いで高速に増減させる。レーザーダイオード１１，１２，１３の電流を高速に増減させて駆動することによって、レーザーダイオード１１，１２，１３から出射するレーザー光の縦シングルモードが縦マルチモードに変化する（図２参照）。これに伴い、レーザーダイオード１１，１２，１３から出射するレーザー光のコヒーレンシーが低下するため、スペックルノイズを低減することができる。なお、映像信号に高周波電流増減信号を重畳させるため、映像の画質が劣化することはない。

３２は圧電素子（振動発生手段）であり、この圧電素子３２は、光ファイバー２５を振動させ、光ファイバー２５のモード分散を時間的に変化させる。これにより、光ファイバー２５から出射するレーザー光Ｒのスペックルパターンが変化し、人間が感知できない程度に平均化され、スペックルノイズが低減する。圧電素子３２を配置する場所はハウジング２３の外であっても良いし、ハウジング２３の中であっても良いが、圧電素子３２が発した振動がハウジング２３や車室内に伝わらないようにすることが望ましい。

次に、図３に基づいて、高周波重畳回路３１について詳述する。映像信号に重畳する高周波信号はオシレーター４１で生成される。オシレーター４１で生成される高周波信号は、例えば数百ＭＨｚの矩形波であるが、高周波信号の周波数は半導体レーザー１１，１２，１３の特性に合わせて適宜選択すればよい。オシレーター４１が出力した高周波信号は、バッファー４２とバッファーインバーター４３に入力される。バッファー４２にはスイッチ４４、バッファーインバーター４３にはスイッチ４５が接続され、スイッチ４５は接地されている。

バッファー４２から出力された信号がＬｏｗであるときスイッチ４４はオフされ、信号がＨｉｇｈであるときスイッチ４４はオンされる。一方、バッファーインバーター４５から出力された信号がＬｏｗのときスイッチ４５はオンされ、信号がＨｉｇｈであるときスイッチ４５はオフされる。つまり、高周波信号がＨｉｇｈのときスイッチ４４がオンされ、スイッチ４５がオフされた状態で映像信号が増幅器４６に反転入力するため、トランジスタ４７がオンし、半導体レーザー１１，１２，１３に電流が流れる。

高周波信号がＬｏｗになるとスイッチ４４がオフされ、スイッチ４５がオンになるため、増幅器４６への入力はゼロになり、半導体レーザー１１，１２，１３はオフされる。スイッチ４５にはバイアス電圧が印加され、浮遊容量の影響が除去されることにより、半導体レーザー１１，１２，１３のオンオフが直ちに切り換えられる。

図４に示すように、高周波信号と映像信号とを足し合わせ、半導体レーザー１１，１２，１３の閾値Ｉｔｈをきるように直流バイアスする。駆動電流は閾値Ｉｔｈをきるように増減され、それに伴って、半導体レーザー１１，１２，１３の出力も増減する。このように、半導体レーザー１１，１２，１３の閾値Ｉｔｈをきるように電流を高速で増減させることで、緩和振動時に半導体レーザー１１，１２，１３の発振縦モードがマルチモード化する現象が持続することになる。そのため、レーザー光Ｒのコヒーレンシーが低下し、スペックルノイズを低減することができる。

次に、図５に基づいて、第二実施形態を説明する。第二実施形態は光路分岐空間変調手段（表示像生成手段）５１のみが異なり、他の構成は第一実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。

光路分岐空間変調手段５１は、偏光ビームスプリッタ５２とＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）５３とから構成されている。光ファイバー２５から出射したレーザー光Ｒにはコリメート光学系１７で配光特性を付与される。コリメート光学系１７にて平行光となったレーザー光Ｒは偏光ビームスプリッタ５２でＳ偏光とＰ偏光とに分離され、Ｓ偏光のみがＬＣＯＳ５３に反射される。ＬＣＯＳ５３から出射される表示像ＬはＰ偏光であるため、表示像Ｌは偏光ビームスプリッタ５２を透過する。

第一，第二実施形態の如く、光ファイバー２５を振動させたり、半導体レーザー１１，１２，１３に高周波重畳駆動を行う組み合わせを採ることでスペックルノイズを低減することができ、ギラツキのない表示が可能になる。

１１ レーザーダイオード（半導体レーザー）
１２ レーザーダイオード（半導体レーザー）
１３ レーザーダイオード（半導体レーザー）
１４ ペルチェ素子（温度可変部）
１５ 光ファイバー
１８ ＭＥＭＳミラー
１９ 表示像生成手段
２０ スクリーン
２１ 平面ミラー（反射手段）
２２ 凹面ミラー（反射手段）
２３ ハウジング
２５ 光ファイバー
３１ 高周波重畳回路
３２ 圧電素子（振動発生手段）
５１ 光路分岐空間変調手段（表示像生成手段）
Ｒ レーザー光
Ｌ 表示像

Claims (3)

1. レーザー光を発する半導体レーザーと、前記半導体レーザーから出射した前記レーザー光を伝播する光ファイバーと、前記光ファイバーから発せられた前記レーザー光にて表示像を生成する表示像生成手段と、前記表示像を投影部材に向けて反射させる反射手段と、を備えたヘッドアップディスプレイ装置であって、前記光ファイバーを振動させる振動発生手段を備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記表示像生成手段は、前記光ファイバーから出射した前記レーザー光を空間変調させると共に特定方向に反射させる光路分岐空間変調手段であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記半導体レーザーの閾値を跨いで電流値を増減させる高周波重畳回路を備え、前記表示像の映像信号に高周波電流増減信号を重畳させて前記半導体レーザーを駆動することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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