JP2011090076A

JP2011090076A - Image display device

Info

Publication number: JP2011090076A
Application number: JP2009242009A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Furuya; 博之古屋; Shinichi Kadowaki; 愼一門脇; Kenichi Kasasumi; 研一笠澄
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-05-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that an image display device using a hologram optical element cannot immediately cope with characteristics changing every moment due to color shift, blurring, and resolution degradation, resulting from a change in the temperature of a hologram element, a change in the temperature of a laser beam source, or the like during the use of the image display device. <P>SOLUTION: Even when the image display device is used, an amount of shift of laser beam emission spectrum and temperature variation of a hologram diffraction angle can be synchronized. As a result, it is possible to provide the image display device that suppresses color shift, blurring, and resolution degradation. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ光源が発するレーザ光用いて画像を形成する画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display apparatus that forms an image using laser light emitted from a laser light source.

レーザダイオードなどレーザ光源などから発せられるレーザビームを使った、画像表示装置が提案されている。例えば、ビームを走査することで画像を形成、電子印刷装置であるレーザプリンタ・複写機、印画紙に赤・緑・青のレーザ光を直接照射して、写真を焼き付けるフォトプロッタが挙げられる。また、赤・緑・青のレーザ光を印画紙の代わりにスクリーンに照射することで、映像を表示させるプロジェクタなどがある。あるいは、超小型液晶素子やデジタルミラーデバイスなど２次元変調素子を照明し、画像を表示するプロジェクタなどがある。 An image display device using a laser beam emitted from a laser light source such as a laser diode has been proposed. For example, a laser printer / copier which is an electronic printing apparatus that forms an image by scanning a beam, and a photo plotter that directly irradiates photographic paper with red, green, and blue laser light to print a photograph. In addition, there are projectors that display images by irradiating a screen with red, green, and blue laser light instead of photographic paper. Alternatively, there is a projector that displays an image by illuminating a two-dimensional modulation element such as a micro liquid crystal element or a digital mirror device.

一方、半導体レーザダイオード（ＬＤ）や半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）において、素子の温度が上昇することで、発光スペクトルの中心波長が長波長側にシフトしたり、スペクトル形状そのものが変化したりする。また、ある種の半導体レーザや発光ダイオードでは、投入電流値で中心波長やスペクトル形状が変化したりすることが一般的に知られている。 On the other hand, in the semiconductor laser diode (LD) and the semiconductor light emitting diode (LED), when the temperature of the element rises, the center wavelength of the emission spectrum shifts to the long wavelength side, or the spectrum shape itself changes. In addition, it is generally known that in certain types of semiconductor lasers and light emitting diodes, the center wavelength and the spectral shape change depending on the input current value.

特許文献１では、プロジェクタにおいてＬＥＤの輝度調整を行う際に発光スペクトルが変化する課題を解決するためのＬＥＤ駆動方法として、画像信号の色成分を分析し、複数の光量制御モードを切り替える方法が提案されている。 Patent Document 1 proposes a method of analyzing a color component of an image signal and switching a plurality of light quantity control modes as an LED driving method for solving the problem that the emission spectrum changes when adjusting the brightness of the LED in a projector. Has been.

また、特許文献２では光源の温度が上昇して、発光中心波長が長波長側にシフトすることを防止するために光源をパルス状に変調させ、必要光量に応じて光源の点灯時間と非点灯時間の比率を変化させる。これにより、光源の温度上昇を抑制し、波長シフトを防ぐ方法が提案されている。 Further, in Patent Document 2, in order to prevent the temperature of the light source from rising and the light emission center wavelength from shifting to the long wavelength side, the light source is modulated in a pulse shape, and the lighting time and non-lighting of the light source according to the required light amount. Change the time ratio. Thereby, a method for preventing a wavelength shift by suppressing a temperature rise of the light source has been proposed.

また、特許文献３では、ホログラムミラーを使ったヘッドマウントディスプレイにおいて、レーザ光源の温度変化による波長シフトで、ホログラムミラーの回折効率が変化することを課題としている。このために、レーザ光源の温度が一定となるような光源の放熱方法や、中心波長が異なる光源を複数設ける方法が提案されている。 Further, Patent Document 3 has a problem that, in a head mounted display using a hologram mirror, the diffraction efficiency of the hologram mirror changes due to a wavelength shift caused by a temperature change of the laser light source. For this reason, a method of radiating the light source so that the temperature of the laser light source is constant and a method of providing a plurality of light sources having different center wavelengths have been proposed.

特開２００８−１０２４４２号公報JP 2008-102442 A 特開２００９−９９７０１号公報JP 2009-99701 A 特開２００７−２２６１９０号公報JP 2007-226190 A

しかしながら、特許文献１及び特許文献２は、実使用条件において、温度変化と投入電力変化による波長シフトが同時に起きるため制御が困難だった。また、スペクトル幅の狭いレーザ光源において、投入電流を変化させることで、スペクトル幅が広がってしまうことがあり、温度による波長シフトのみを投入電流で補償できるか未知であった。また、特許文献３の方法のように、光源の温度管理だけでは波長シフトの変化を抑制できず、発光中心波長が異なる光源を複数設ける必要が有りコスト上の課題となっていた。 However, Patent Document 1 and Patent Document 2 are difficult to control because wavelength shifts due to temperature changes and input power changes occur simultaneously under actual use conditions. Further, in a laser light source having a narrow spectrum width, the spectrum width may be widened by changing the input current, and it has been unknown whether only the wavelength shift due to temperature can be compensated by the input current. Further, as in the method of Patent Document 3, a change in wavelength shift cannot be suppressed only by temperature management of the light source, and it is necessary to provide a plurality of light sources having different emission center wavelengths, which is a cost issue.

前記従来の課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、光を発するレーザ光源と、前記レーザ光源に電流を供給するレーザ駆動回路と、前記光を変調し画像を形成する変調素子と前記変調素子から出射される光を反射するホログラム素子と、前記変調素子を駆動する駆動回路と、前記レーザ光源の温度を計測し、第１の電気信号を発する第１の測温手段と、前記ホログラム素子の周辺温度を計測し、第２の電気信号を発する第２の測温手段と、前記レーザ光源へ与える電流の波形を決定し、前記レーザ駆動回路へ指令を出すコントローラ部と、を備え、前記コントローラ部は、第１および第２の電気信号をもとに、前記レーザ光源に印加する電流波形を決定する事を特徴としている。 In order to solve the above-described conventional problems, an image display device of the present invention includes a laser light source that emits light, a laser driving circuit that supplies current to the laser light source, and a modulation element that modulates the light to form an image. A hologram element that reflects light emitted from the modulation element; a drive circuit that drives the modulation element; a first temperature measuring means that measures a temperature of the laser light source and emits a first electrical signal; A second temperature measuring means for measuring the ambient temperature of the hologram element and emitting a second electrical signal; and a controller section for determining a waveform of a current to be applied to the laser light source and issuing a command to the laser driving circuit. The controller unit determines a current waveform to be applied to the laser light source based on the first and second electric signals.

本発明によれば、画像表示装置を使用している最中においても、レーザ光源の発振波長変化とホログラム光学素子の回折角変化との同期が可能となる。その結果、色ずれ、にじみ、解像度劣化を抑制した画像表示装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to synchronize the change in the oscillation wavelength of the laser light source and the change in the diffraction angle of the hologram optical element even during the use of the image display device. As a result, it is possible to provide an image display device that suppresses color misregistration, blurring, and resolution degradation.

車載用ヘッドアップディスプレイの従来構成を示した模式図Schematic diagram showing the conventional configuration of an in-vehicle head-up display ヘッドアップディスプレイ光学エンジン部を示した従来構成を示した模式図Schematic diagram showing a conventional configuration showing the head-up display optical engine unit 本願実施の形態１に提案する画像表示装置の構成模式図Schematic configuration diagram of an image display device proposed in the first embodiment of the present application 本願実施の形態１で提案する制御を行う際の指令系統を示した構成模式図Configuration schematic diagram showing a command system for performing the control proposed in the first embodiment of the present application 本願実施の形態１で提案する、光源波長制御方法における、光源への投入ピーク電流値と発光スペクトルの中心波長及び印加電流波形との関係を示した構成模式図Configuration schematic diagram showing the relationship between the input peak current value to the light source, the center wavelength of the emission spectrum, and the applied current waveform in the light source wavelength control method proposed in the first embodiment of the present application 本願実施の形態２に提案する画像表示装置の構成模式図Schematic configuration diagram of an image display device proposed in Embodiment 2 of the present application 本願実施の形態２に提案する波長シフト検出量測定方法を示した構成模式図Schematic diagram showing the wavelength shift detection amount measuring method proposed in the second embodiment of the present application 本願実施の形態２で提案する制御を行う際の指令系統を示した構成模式図Configuration schematic diagram showing a command system when performing the control proposed in the second embodiment of the present application 本願実施の形態２で提案する制御方法を示すフロー図Flow chart showing the control method proposed in the second embodiment of the present application 本願で提案する制御方法に適した半導体レーザ光源の構造を示す模式図Schematic diagram showing the structure of a semiconductor laser light source suitable for the control method proposed in this application 本願で提案する制御方法における、光源波長シフトを検出する方法を示す構成模式図Configuration schematic diagram showing a method for detecting a light source wavelength shift in the control method proposed in the present application 本願で提案する画像表示装置の一例を示した模式図（レーザビーム走査型ディスプレイ）Schematic diagram showing an example of the image display device proposed in the present application (laser beam scanning display)

以下、本発明の実施の形態にかかる画像表示装置について、図を参照しながら説明する。なお、図で同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。 Hereinafter, an image display apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals may be omitted.

まず図１及び図２を用いて、ホログラム光学素子を使用した、従来の画像表示装置の構成例について説明する。図１は一例として車載用ヘッドアップディスプレイ装置の構成模式図であり、図２はヘッドアップディスプレイ装置内部の構成模式図を示している。 First, a configuration example of a conventional image display apparatus using a hologram optical element will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an in-vehicle head-up display device as an example, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the inside of the head-up display device.

画像表示装置１００は、自動車１０１に搭載されている。ヘッドアップディスプレイ装置１０２から発せられた光線１０３は、フロントガラス１０７上に設置されたホログラムミラー（ホログラム光学素子）１０４で反射され、光線１０５として運転者１０６に到達する。運転者１０６には、光線１０３で形成された映像の虚像１０８の部分に映像が表示されているように見えるという仕組みである。 The image display device 100 is mounted on the automobile 101. The light beam 103 emitted from the head-up display device 102 is reflected by a hologram mirror (hologram optical element) 104 installed on the windshield 107 and reaches the driver 106 as a light beam 105. For the driver 106, the image appears to be displayed on the virtual image 108 of the image formed by the light beam 103.

ヘッドアップディスプレイ装置１０２は、赤、緑、青色のレーザ光源、２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂ、小型液晶パネルあるいは、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）などの２次元変調素子２０２、投影レンズ２０３、中間スクリーン２０４、折り返しミラー２０５、及びこれらを制御するコントローラ部２０７で構成されている。 The head-up display device 102 includes red, green, and blue laser light sources, 201R, 201G, and 201B, a small liquid crystal panel or a two-dimensional modulation element 202 such as a digital mirror device (DMD), a projection lens 203, an intermediate screen 204, and a folding back. It comprises a mirror 205 and a controller unit 207 that controls them.

レーザ光源２０１Ｒ，２０１Ｇ、２０１Ｂから発せられたレーザ光を、光学系で合波・整形し、２次元変調素子２０２を照明。投影レンズ２０３でスクリーン２０４に投影・描画する構成となっている。 Laser light emitted from the laser light sources 201R, 201G, and 201B is combined and shaped by an optical system to illuminate the two-dimensional modulation element 202. The projection lens 203 projects and draws on the screen 204.

画像表示装置で表示させたい画像データは、入力ポート２０８から電気信号として入力され、コントローラ部２０７で２次元変調素子の駆動信号に変換される。また、レーザ光源の点灯タイミング信号を生成し、レーザ光源２１０Ｒ，２１０Ｇ、２１０Ｂに必要な電流を供給することで、レーザ光源２１０Ｒ，２１０Ｇ、２１０Ｂを点灯させる。 Image data to be displayed on the image display device is input as an electrical signal from the input port 208 and converted into a driving signal for a two-dimensional modulation element by the controller unit 207. Further, the laser light sources 210R, 210G, and 210B are turned on by generating a lighting timing signal of the laser light source and supplying a necessary current to the laser light sources 210R, 210G, and 210B.

この構成を採る画像表示装置において、レーザ光源１０５、ホログラムミラー１０４および画像処理部３０６の電気回路は、周辺温度が変化することで特性が変化する。そのため、レーザの温度変化による波長シフトによって、ホログラムミラーの回折特性とのずれが生じる。その結果、解像度低下・輝度低下が発生し、表示画像の画質を著しく低下させることが明らかとなった。周辺温度は、画像表示装置を使用する部屋の温度変化だけでなく、画像表示装置を使用し始めてから時間の経過とともに装置内部の温度も上昇するため、刻々と変化している。特許文献３に提案される構成では、レーザの温度上昇を抑制するためだけの構成となっているため、ホログラムミラーの温度特性との同期を取ることが難しい。また、使用時におけるレーザ光源の温度変化、ホログラムミラーの温度変化等、時々刻々と変化する特性に即座に対応できないことが、検討により明らかとなった。このことは車載用途、屋外での用途など過酷な条件において特に顕著となるが、一般的な条件においても数分以上使用すると画像劣化などの問題が生じる。そのため、レーザとホログラム素子とを組み合わせた画像表示装置の使用が制限されることが明らかとなった。 In the image display apparatus adopting this configuration, the characteristics of the electric circuits of the laser light source 105, the hologram mirror 104, and the image processing unit 306 change as the ambient temperature changes. Therefore, a shift from the diffraction characteristics of the hologram mirror occurs due to a wavelength shift caused by a temperature change of the laser. As a result, it has been clarified that the resolution and luminance are reduced, and the quality of the displayed image is remarkably lowered. The ambient temperature not only changes in the temperature of the room in which the image display device is used, but also changes every moment since the temperature inside the device rises with the passage of time since the start of use of the image display device. The configuration proposed in Patent Document 3 is configured only to suppress the temperature rise of the laser, and therefore it is difficult to synchronize with the temperature characteristics of the hologram mirror. Further, it has been clarified through examination that it is not possible to immediately cope with characteristics that change from moment to moment such as temperature change of the laser light source and temperature change of the hologram mirror during use. This is particularly noticeable under severe conditions such as in-vehicle use and outdoor use, but problems such as image degradation occur when used for several minutes or more even under general conditions. For this reason, it has become clear that the use of an image display device combining a laser and a hologram element is limited.

以下、実施の形態に従来提案の構成を用いた場合に生じることが新たにわかった課題を改善する方法について説明する。 Hereinafter, a method for improving a problem newly found to occur when the conventionally proposed configuration is used in the embodiment will be described.

（実施の形態１）
本願実施の形態１では、ホログラム光学素子周辺の温度と光量からホログラム光学素子の温度を予測することで、ホログラム光学素子の回折効率が最も高くなる波長を算出する。さらに、レーザ光源の温度をモニターする事で、レーザ光源から出力される光の中心波長を予測することが出来る。加えて、レーザ光源に印加する電流波形の形状を操作することで、ホログラム光学素子の回折効率が最も高くなる波長に調整する事が出来るという効果を奏する。 (Embodiment 1)
In Embodiment 1 of the present application, the temperature at which the diffraction efficiency of the hologram optical element is highest is calculated by predicting the temperature of the hologram optical element from the temperature around the hologram optical element and the amount of light. Furthermore, by monitoring the temperature of the laser light source, the center wavelength of the light output from the laser light source can be predicted. In addition, by manipulating the shape of the current waveform applied to the laser light source, there is an effect that the wavelength at which the diffraction efficiency of the hologram optical element is maximized can be adjusted.

本願実施の形態１では、図２に示した従来構成の要素に加えて、レーザ光源の温度を計測する光源測温部３０２Ｒ，３０２Ｇ、３０２Ｂ、外気温測温部３０３，外光の光量を測定する、外光光量測定部３０４を備える、また、以上の測定部による測定情報を元にしてレーザ駆動波形を決定するためのレーザ駆動波形制御部３０１を具備している。 In Embodiment 1 of the present application, in addition to the elements of the conventional configuration shown in FIG. 2, the light source temperature measuring units 302R, 302G, and 302B that measure the temperature of the laser light source, the outside air temperature measuring unit 303, and the amount of external light are measured. And a laser drive waveform control unit 301 for determining a laser drive waveform based on the measurement information obtained by the measurement unit.

図２で示していたコントローラ部２０７の内部に、レーザ駆動波形制御部３０１、画像処理部３０６、光源駆動電源３０５が設けられており、レーザ駆動波形制御部３０１で決定された制御波形は、光源駆動電源３０５に送られ、レーザ光源を駆動する駆動電流信号が生成されている。 A laser drive waveform control unit 301, an image processing unit 306, and a light source drive power supply 305 are provided in the controller unit 207 shown in FIG. 2, and the control waveform determined by the laser drive waveform control unit 301 is a light source. A drive current signal that is sent to the drive power supply 305 and drives the laser light source is generated.

図４では、レーザ光源の温度を計測する光源測温部３０２Ｒ，３０２Ｇ、３０２Ｂ、外気温測温部３０３，及び外光の光量を測定する外光光量測定部３０４から、レーザの駆動波形を決定する構成について示している。 In FIG. 4, the laser driving waveform is determined from the light source temperature measuring units 302R, 302G, and 302B that measure the temperature of the laser light source, the outside air temperature measuring unit 303, and the outside light amount measuring unit 304 that measures the amount of outside light. It shows about the structure to do.

レーザ光源の温度を計測する光源測温部３０２Ｒ，３０２Ｇ、３０２Ｂ、外気温測温部３０３，外光の光量を測定する、外光光量測定部３０４から、入力された信号はＡ／Ｄコンバータ４０１でデジタル信号に変換される。レジスタ４０３には、それぞれのレーザについて、ある温度での（例えば２５℃）実際に発生する光の中心波長と、中心波長の温度変化率が記録されている。たとえば、光源２０１Ｂの２５℃での中心波長が４５０ｎｍで、温度変化率が０．２ｎｍ／℃である場合、光源測温部３０２Ｂで計測された温度が４０℃のときの中心波長は４５３ｎｍと予測することができる。 Signals input from the light source temperature measuring units 302R, 302G, and 302B that measure the temperature of the laser light source, the outside air temperature measuring unit 303, and the external light amount measurement unit 304 that measures the amount of external light are A / D converter 401. Is converted into a digital signal. The register 403 records, for each laser, the center wavelength of light actually generated at a certain temperature (for example, 25 ° C.) and the temperature change rate of the center wavelength. For example, when the central wavelength of the light source 201B at 25 ° C. is 450 nm and the temperature change rate is 0.2 nm / ° C., the central wavelength when the temperature measured by the light source temperature measuring unit 302B is 40 ° C. is predicted to be 453 nm. can do.

また、レジスタ４０３には、外光光量測定部３０４で計測された外光の光量に対する、ホログラムミラーの温度上昇量が記録されている。これは、ある特定の波長の光に対する、ホログラムミラー部の吸収率、比熱などを用いて、光吸収による温度上昇量を算出することで得られる値である。 The register 403 records the amount of temperature rise of the hologram mirror with respect to the amount of external light measured by the external light amount measurement unit 304. This is a value obtained by calculating the amount of temperature increase due to light absorption using the absorptivity, specific heat, etc. of the hologram mirror for light of a specific wavelength.

例えば、検出された外光の光量とホログラムミラー部に実際に照射されている光量との相関をデータとして保存しておく。このデータを用いることで、実際に照射されている光量とホログラムミラー部の吸収率から、ホログラムミラー部に吸収される熱エネルギーが計算される。また、この熱エネルギーに比熱を乗ずることで、温度を類推することが出来る。 For example, the correlation between the detected amount of external light and the amount of light actually applied to the hologram mirror unit is stored as data. By using this data, the thermal energy absorbed by the hologram mirror unit is calculated from the amount of light actually irradiated and the absorption rate of the hologram mirror unit. Also, the temperature can be estimated by multiplying this heat energy by specific heat.

このとき、ホログラムミラーに吸収される光波長は波長４００ｎｍ以下の紫外光あるいは、波長８００ｎｍ以上の赤外光であるので、外光光量測定部は、これらの波長域が測定できる物となっている。 At this time, since the light wavelength absorbed by the hologram mirror is ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less or infrared light having a wavelength of 800 nm or more, the external light amount measuring unit can measure these wavelength ranges. .

このように外光光量測定部３０４から算出された温度上昇値と、外気温測温部３０３で測定された値の和がホログラムミラーの温度として求められるという作用を生じる。また、ホログラムミラー部の温度に対する、最適なレーザの波長の関係がテーブルで格納されている。このテーブルを用いて、演算部４０２で、ホログラムミラーの温度変化をレーザ光源の波長で補償する際のシフト量を求めることができるという効果がある。 As described above, there is an effect that the sum of the temperature rise value calculated from the external light quantity measurement unit 304 and the value measured by the external air temperature measurement unit 303 is obtained as the temperature of the hologram mirror. In addition, the relationship between the optimum laser wavelength and the temperature of the hologram mirror is stored in a table. Using this table, there is an effect that the calculation unit 402 can obtain the shift amount when the temperature change of the hologram mirror is compensated by the wavelength of the laser light source.

本願発明では、レーザ光源の波長を印加電流のピーク値を制御する方法で制御している。図５は、レーザを駆動する際に印加する電流のピーク値と中心波長のシフト量の一例を示したプロット図である。 In the present invention, the wavelength of the laser light source is controlled by a method of controlling the peak value of the applied current. FIG. 5 is a plot diagram showing an example of the peak value of the current applied when the laser is driven and the shift amount of the center wavelength.

図５に示すように、レーザ光源に与える電流波形をパルス状とし、間欠駆動させる。この時、ピーク値を１０倍としたときに、発光時間を１／１０とするように、ピーク値と発光時間とを同時に変化させる事で、人間の目には同じ明るさと感じさせることができる作用がある。そのため、輝度を変えずに波長補正を行うことが出来る効果がある。 As shown in FIG. 5, the current waveform applied to the laser light source is pulsed and driven intermittently. At this time, by changing the peak value and the light emission time at the same time so that the light emission time becomes 1/10 when the peak value is set to 10 times, the human eye can feel the same brightness. There is an effect. Therefore, there is an effect that wavelength correction can be performed without changing the luminance.

このような制御を行った場合、ピーク電流値と中心波長シフト量は相関を持って変化することがわかる。この関係を用いて、レーザ光源およびホログラムミラーの温度特性に対する補正を行う。 When such control is performed, it can be seen that the peak current value and the center wavelength shift amount change with correlation. Using this relationship, the temperature characteristics of the laser light source and the hologram mirror are corrected.

計算したホログラムミラーの温度から、最適なレーザ光源の波長はテーブルを用いて算出される。そのため、レーザ光源の温度から導かれる、レーザの発光中心波長との差異を求め、レーザ光源に印加する電流波形（電流ピーク値）を決定する事ができる。 From the calculated temperature of the hologram mirror, the optimum wavelength of the laser light source is calculated using a table. Therefore, the difference from the emission center wavelength of the laser derived from the temperature of the laser light source can be obtained, and the current waveform (current peak value) applied to the laser light source can be determined.

例えば、レーザ光源の温度が上昇して、ホログラムミラーの温度から計算される最適波長から＋１ｎｍシフトしているとする。この場合、初期のピーク電流値の３倍の電流を流し、点灯時間ｔをｔ／３とすることで、ヒトの目に感じる明るさを変えることなく波長の補正を行うことができる。 For example, it is assumed that the temperature of the laser light source rises and is shifted by +1 nm from the optimum wavelength calculated from the temperature of the hologram mirror. In this case, by applying a current three times the initial peak current value and setting the lighting time t to t / 3, the wavelength can be corrected without changing the brightness perceived by the human eye.

第１の実施形態で述べた方法を用いることで、外気温に応じてホログラム光学素子の温度特性に合わせて、レーザ光源の波長補正を行うことができる効果を奏する。 By using the method described in the first embodiment, there is an effect that the wavelength correction of the laser light source can be performed in accordance with the temperature characteristics of the hologram optical element according to the outside air temperature.

なお、照射されるレーザ光を吸収することにより、外気温度や外気光量によるホログラムの温度変化と比較すると小さいが、ホログラムの温度が上昇する場合がある。そのため、ホログラムの温度を算出する差異に、外気温度と外気光量から算出されるホログラムの予測温度を、実際よりも若干高く設定してもよい。これにより、レーザ光の吸収によってホログラムの温度が上昇した場合においても、ホログラムミラーの最適波長とレーザ光源の波長とのずれ量をより低減することが可能になる。 It should be noted that by absorbing the irradiated laser beam, the temperature of the hologram may increase although it is small compared to the temperature change of the hologram due to the outside air temperature or the amount of outside air. Therefore, the predicted temperature of the hologram calculated from the outside air temperature and the amount of outside air light may be set slightly higher than the actual temperature for the difference in calculating the hologram temperature. As a result, even when the temperature of the hologram rises due to absorption of laser light, it is possible to further reduce the amount of deviation between the optimum wavelength of the hologram mirror and the wavelength of the laser light source.

なお、ホログラムミラーの温度は、特にフロンガラスに入射する太陽光に寄って大きく変化する。そのため、外気温測温部３０３及び外気光量測定部３０４の配置位置は、フロントガラスに入射する太陽光が遮られない位置に配置されることが好ましい。例えば、フロントガラス下部、もしくはダッシュボード上などが考えられる。これらの位置に外気温測温部３０３及び外気光量測定部３０４を配置することで、ホログラムミラーの実温度との誤差を出来るだけ低減することが可能である。また、太陽光の入射方向に対して外気温測温部３０３及び外気光量測定部３０４の実測面が垂直方向に近づくように、外気温測温部３０３及び外気光量測定部３０４の測定部が、フロントガラス側に傾斜して配置されていても良い。 Note that the temperature of the hologram mirror changes greatly depending on the sunlight incident on the fluorocarbon glass. Therefore, it is preferable that the arrangement positions of the outside air temperature measurement unit 303 and the outside air light quantity measurement unit 304 are arranged at positions where the sunlight incident on the windshield is not blocked. For example, the lower part of the windshield or the dashboard can be considered. By arranging the outside air temperature measuring unit 303 and the outside air light quantity measuring unit 304 at these positions, it is possible to reduce the error from the actual temperature of the hologram mirror as much as possible. In addition, the measurement units of the outside air temperature measuring unit 303 and the outside air light amount measuring unit 304 are arranged so that the measured surfaces of the outside air temperature measuring unit 303 and the outside air light amount measuring unit 304 approach the vertical direction with respect to the incident direction of sunlight. You may incline and arrange | position to the windshield side.

（実施の形態２）
実施の形態２では、ホログラム光学素子の温度を取得する手段として、ホログラム光学素子のうち画像表示に使用しない領域に、温度測定に用いるホログラムパターンを設ける。そして、このホログラムパターンにより回折されたレーザビームの位置で判定し、レーザ光源に印加する電流波形を決定する方法について提案している。 (Embodiment 2)
In the second embodiment, as means for acquiring the temperature of the hologram optical element, a hologram pattern used for temperature measurement is provided in a region of the hologram optical element that is not used for image display. Then, a method for determining the current waveform applied to the laser light source by determining the position of the laser beam diffracted by the hologram pattern is proposed.

図６に本実施の形態２における、構成の一例を示している。 FIG. 6 shows an example of the configuration in the second embodiment.

本願実施の形態２では、図２に示した従来構成の要素に加えて、フロントガラス部に設けられたホログラム光学素子の一部に温度計測用ホログラム部６０３が設けられている。また、レーザ光源の温度を計測する光源測温部３０２Ｒ，３０２Ｇ、３０２Ｂ、外気温測温部３０３，ホログラム光学素子温度計測用ホログラム測温部６０３からの回折光６０２を受光するための受光部６０１が設けられている。以上の測定部による測定情報を元にして、レーザ駆動波形を決定するためのレーザ駆動波形制御部３０１を具備していることが特徴である。 In Embodiment 2 of the present application, in addition to the elements of the conventional configuration shown in FIG. 2, a temperature measuring hologram portion 603 is provided in a part of the hologram optical element provided on the windshield portion. Further, a light receiving unit 601 for receiving diffracted light 602 from the light source temperature measuring units 302R, 302G, and 302B, the outside air temperature measuring unit 303, and the hologram optical element temperature measuring hologram temperature measuring unit 603 for measuring the temperature of the laser light source. Is provided. It is characterized in that a laser drive waveform control unit 301 for determining a laser drive waveform is provided based on the measurement information obtained by the measurement unit.

実施の形態２の構成により、ホログラム光学素子部にホログラムの実際の温度を測定する測温部を設けることなく、ホログラム素子部の温度を計測できる。また、ホログラムの温度を実際に測定する測温部から得られた温度を用いる場合よりも、より正確なホログラム温度を把握することができる。そのため、より正確にホログラム素子部の回折角温度特性をレーザ光源の波長で補償できる効果がある。また、車載用途の場合、フロントガラス部にホログラム光学素子を配置するが、視界の妨げとなる測温部の配線が不要に出来るという効果があり、車載用ヘッドアップディスプレイには適した構成といえる。 With the configuration of the second embodiment, the temperature of the hologram element portion can be measured without providing a temperature measuring unit for measuring the actual temperature of the hologram in the hologram optical element portion. In addition, it is possible to grasp a more accurate hologram temperature than when using a temperature obtained from a temperature measuring unit that actually measures the temperature of the hologram. Therefore, there is an effect that the diffraction angle temperature characteristic of the hologram element portion can be more accurately compensated with the wavelength of the laser light source. In addition, in the case of in-vehicle use, the hologram optical element is arranged on the windshield part, but there is an effect that the wiring of the temperature measuring part that obstructs the field of view can be made unnecessary, and it can be said that the configuration is suitable for the in-vehicle head-up display. .

図２で示していたコントローラ部２０７の内部に、レーザ駆動波形制御部３０１、画像処理部３０６、光源駆動電源３０５が設けられている。このレーザ駆動波形制御部３０１で決定された制御波形は、光源駆動電源３０５に送られ、レーザ光源を駆動する駆動電流信号が生成されている。 A laser drive waveform control unit 301, an image processing unit 306, and a light source drive power supply 305 are provided in the controller unit 207 shown in FIG. The control waveform determined by the laser driving waveform control unit 301 is sent to the light source driving power source 305, and a driving current signal for driving the laser light source is generated.

受光部６０１には、光学フィルタが設けられており、ディスプレイで使用するレーザ光源の波長以外の光は到達しないような構成になっている。また、変調された光源を使用した場合、変調信号（ｆ）＋Δｆの信号で駆動された光源から発せられた光を、受光部６０１が受光する事で発生する信号と、変調信号（ｆ）とをヘテロダイン検波する構成としてもよい。この構成により、外光の影響を防止することができるという作用があり、制御が暴走する事を防止出来るという効果がある。 The light receiving unit 601 is provided with an optical filter so that light other than the wavelength of the laser light source used in the display does not reach. When a modulated light source is used, a signal generated when the light receiving unit 601 receives light emitted from the light source driven by the signal of the modulation signal (f) + Δf, and the modulation signal (f) May be configured to perform heterodyne detection. With this configuration, there is an effect that the influence of external light can be prevented, and there is an effect that the control can be prevented from running away.

図７を用いてホログラム光学素子温度計測用ホログラム測温部の動作について説明する。ヘッドアップディスプレイ装置から発せられた光線１０３のうち、画像表示に用いられる部分についてはホログラム光学素子１０４に入射される。一方、実施の形態２においては光線１０３に画像表示に用いず、温度計測のために用いる部分が含まれており、この部分に関しては温度計測用ホログラム測温部６０３に照射される。温度計測用ホログラム測温部６０３は、画像表示に用いるホログラム光学素子１０４と異なる回折角となっており、運転者側に光線を反射させず、ヘッドアップディスプレイ装置１０２側に光線を戻す構成となっている。戻ってきた回折光６０２の方向は、ホログラム測温部６０３の温度に応じて変化するため、回折光６０２の方向でホログラム光学素子１０４の温度を表すことが出来るという作用がある。ここで、コントローラ部の内部に、ホログラムミラーの温度と、回折光６０２が受光部６０１に入射する位置又は回折光６０２の回折方向（もしくは基準位置からの入射位置変異又は回折方向変異）との関係を示す情報を、予め格納しておく。これにより、回折光６０２の方向変化を受光部６０１で検出し、受光部６０１に入射する位置又は回折光６０２の回折方向からホログラムミラーの温度を算出することができる。よって、ホログラム光学素子１０４の温度を直接測温することなくホログラム光学素子１０４の温度を知ることができる効果がある。 The operation of the hologram temperature measuring unit for measuring the hologram optical element temperature will be described with reference to FIG. Of the light beam 103 emitted from the head-up display device, a portion used for image display is incident on the hologram optical element 104. On the other hand, in the second embodiment, the light beam 103 includes a portion that is not used for image display but is used for temperature measurement, and this portion is irradiated to the temperature measuring hologram temperature measuring unit 603. The temperature measuring hologram temperature measuring unit 603 has a diffraction angle different from that of the hologram optical element 104 used for image display, and does not reflect the light beam to the driver side, but returns the light beam to the head-up display device 102 side. ing. Since the direction of the returned diffracted light 602 changes according to the temperature of the hologram temperature measuring unit 603, the temperature of the hologram optical element 104 can be expressed by the direction of the diffracted light 602. Here, the relationship between the temperature of the hologram mirror and the position where the diffracted light 602 is incident on the light receiving unit 601 or the diffraction direction of the diffracted light 602 (or variation in the incident position or diffraction direction from the reference position) inside the controller unit. Is stored in advance. Thereby, the change in direction of the diffracted light 602 can be detected by the light receiving unit 601, and the temperature of the hologram mirror can be calculated from the position incident on the light receiving unit 601 or the diffraction direction of the diffracted light 602. Therefore, there is an effect that the temperature of the hologram optical element 104 can be known without directly measuring the temperature of the hologram optical element 104.

また、受光部６０１には、迷光を防止しするために断面がウエッジ型をした、迷光防止フィルタ７０１を設けることが出来る。回折光６０２が不要な方向に反射することを防止する作用があり、運転者に誤った情報を提供しないようにする効果がある。 In addition, the light receiving unit 601 can be provided with a stray light prevention filter 701 having a wedge-shaped cross section in order to prevent stray light. This has an effect of preventing the diffracted light 602 from being reflected in an unnecessary direction, and has an effect of preventing erroneous information from being provided to the driver.

また、この迷光防止フィルタ７０１と、先に述べた光学フィルタとを兼用する構成としても良い。 The stray light prevention filter 701 may be used as the optical filter described above.

図８に実施の形態２に提案する、レーザ光源の温度を計測する光源測温部３０２Ｒ，３０２Ｇ、３０２Ｂ、ホログラム部６０３からの回折光を受光する受光部６０１から、レーザの駆動波形を決定するための構成について示している。 The laser drive waveform is determined from the light source temperature measuring units 302R, 302G, and 302B that measure the temperature of the laser light source and the light receiving unit 601 that receives the diffracted light from the hologram unit 603, which is proposed in the second embodiment in FIG. The configuration for this is shown.

レーザ光源の温度を計測する光源測温部３０２Ｒ，３０２Ｇ、３０２Ｂホログラム部６０３からの回折光を受光する受光部６０１から取得した電気信号は、Ａ／Ｄコンバータ４０１へ送られデジタル値へ変換される。受光部６０１から取得した電気信号の値に従い、光源を駆動する電流波形を変化させるか演算部４０２で判断する。レジスタ４０３には、及びホログラム部の温度特性がテーブルとして格納されている。 The electric signal acquired from the light receiving unit 601 that receives the diffracted light from the light source temperature measuring units 302R, 302G, and 302B hologram unit 603 that measures the temperature of the laser light source is sent to the A / D converter 401 and converted into a digital value. . The arithmetic unit 402 determines whether to change the current waveform for driving the light source according to the value of the electrical signal acquired from the light receiving unit 601. The register 403 stores the temperature characteristics of the hologram part as a table.

また、レジスタ４０３は、ホログラムミラーの温度特性に加えて、光源２０１Ｒ，２０１Ｇ、２０１Ｂに対する発振波長初期値や、温度特性を格納しておいてもよい。これらの特性をテーブルとして格納しておくことで、制御の際の演算を高速化できる作用があり、より短時間に温度補償できるという効果を奏する。 In addition to the temperature characteristics of the hologram mirror, the register 403 may store an oscillation wavelength initial value for the light sources 201R, 201G, and 201B and a temperature characteristic. By storing these characteristics as a table, there is an effect that the calculation at the time of control can be speeded up, and there is an effect that temperature compensation can be performed in a shorter time.

なお、ホログラムミラーの温度を算出した後は、実施の形態１と同様の制御により、レーザ光源に印加する電流波形（電流ピーク値）を決定することができる。レジスタ４０３には、回折光６０２が受光部６０１に入射する位置又は回折光６０２の回折方向（もしくは基準位置からの入射位置変異又は回折方向変異）との関係を示す情報が格納されている。また、ホログラムミラーの温度に対する、最適なレーザの波長の関係が格納されている。この情報に基づいてホログラムミラーに対する最適なレーザの波長を算出し、演算部４０２、および波形発生部４０４で、この波長を出射するためのレーザ駆動波形が作成される。 After calculating the temperature of the hologram mirror, the current waveform (current peak value) applied to the laser light source can be determined by the same control as in the first embodiment. The register 403 stores information indicating the relationship between the position where the diffracted light 602 is incident on the light receiving unit 601 or the diffraction direction of the diffracted light 602 (or incident position variation or diffraction direction variation from the reference position). Further, the relationship of the optimum laser wavelength with respect to the temperature of the hologram mirror is stored. Based on this information, an optimum laser wavelength for the hologram mirror is calculated, and a laser drive waveform for emitting this wavelength is created by the calculation unit 402 and the waveform generation unit 404.

なお、レジスタ４０３に格納される情報は、回折光６０２が受光部６０１に入射する位置又は回折光６０２の回折方向等と、ホログラムミラーに対する最適なレーザ波長との関係を示す情報であってもよい。 The information stored in the register 403 may be information indicating the relationship between the position where the diffracted light 602 enters the light receiving unit 601 or the diffraction direction of the diffracted light 602, and the optimum laser wavelength for the hologram mirror. .

また、受光部６０１に回折光６０２が入射しない場合、もしくはレーザ駆動波形制御部に予め設定された閾値を下回る光量しか検出されない場合には、制御部はレーザ光源２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂに供給される電流をカットし、ヘッドアップディスプレイ装置を停止させる。この機能により、自動車１０１が事故等で破損した場合、レーザ光の出射を停止し、レーザ光がヘッドアップディスプレイ装置外に放射されることを防止し、意図しない箇所へのレーザ放射を防ぐことが出来る。ここで、レーザ駆動制御部３０１に設定する閾値は任意に設定可能であるが、ヘッドアップディスプレイ装置１０２が駆動していない場合、すなわちレーザ光源から光が出射していない場合に、受光部６０１から検出される光量以上に設定されていることが好ましい。また、ヘッドアップディスプレイ層内１０２が正常に駆動している場合に、レーザ光源へ供給される電流がカットされないように閾値の上限値を適宜設定する必要がある。 In addition, when the diffracted light 602 does not enter the light receiving unit 601 or when only a light amount lower than a threshold set in advance in the laser drive waveform control unit is detected, the control unit is supplied to the laser light sources 201R, 201G, and 201B. The current is cut and the head-up display device is stopped. With this function, when the automobile 101 is damaged due to an accident or the like, the emission of the laser light is stopped, the laser light is prevented from being emitted outside the head-up display device, and the laser radiation to an unintended location can be prevented. I can do it. Here, the threshold value set in the laser drive control unit 301 can be arbitrarily set. However, when the head-up display device 102 is not driven, that is, when light is not emitted from the laser light source, the light receiving unit 601 It is preferable that the light amount is set to be greater than or equal to the detected light amount. Further, when the head-up display layer 102 is normally driven, it is necessary to appropriately set the upper limit value of the threshold value so that the current supplied to the laser light source is not cut.

演算部４０２で電流波形の変化が必要と判断されたとき、演算部４０２から波形発生部４０４へ信号が送られ、波形発生部４０４で発生させた信号に従って光源駆動電源３０５を駆動させる仕組みとなっている。第２の実施形態の場合、図７に示すように、ホログラム光学素子の温度をホログラム測温部６０３からの回折光６０２の回折角度で計測するため、受光部６０１は、複数の受光領域を有する受光部アレイとなっていることが必要である。また、複数の受光領域を有する受光部を用い、各領域に入射した光を演算する演算部を別途設け、例えば４分割受光部からのプシュプル信号を算出することで受光部６０１に入射する光の中心位置を算出してもよい。このとき、分割受光部は回折角が温度変化する方向に沿って分割されていることが望ましい。また、ダッシュボード上に設けられた分割受光部において、窓ガラス側から運転者側に近づくにつれ、分割受光部の面積を大きくすることが望ましい。この構成により、回折角変化に対して受光部上での移動量が大きな場合もプッシュプル信号の算出を容易に行うことが可能になる。この構成により、受光部６０１に入射する光スポットが比較的大きい場合であっても、ホログラムミラーの温度を算出することが可能になる。 When the calculation unit 402 determines that a change in the current waveform is necessary, a signal is sent from the calculation unit 402 to the waveform generation unit 404, and the light source driving power source 305 is driven according to the signal generated by the waveform generation unit 404. ing. In the case of the second embodiment, as shown in FIG. 7, the light receiving unit 601 has a plurality of light receiving regions in order to measure the temperature of the hologram optical element at the diffraction angle of the diffracted light 602 from the hologram temperature measuring unit 603. It is necessary to be a light receiving section array. In addition, a light receiving unit having a plurality of light receiving regions is used, and a calculation unit that calculates light incident on each region is separately provided. For example, by calculating a push-pull signal from a four-divided light receiving unit, the light incident on the light receiving unit 601 The center position may be calculated. At this time, it is desirable that the divided light receiving unit is divided along the direction in which the diffraction angle changes in temperature. Further, in the divided light receiving portion provided on the dashboard, it is desirable to increase the area of the divided light receiving portion as it approaches the driver side from the window glass side. With this configuration, the push-pull signal can be easily calculated even when the amount of movement on the light receiving unit is large with respect to the change in the diffraction angle. With this configuration, the temperature of the hologram mirror can be calculated even when the light spot incident on the light receiving unit 601 is relatively large.

なお、受光部６０１に入射する光の中心位置とホログラム１０４の温度との関係がレジスタ４０３に格納されている場合は、受光部６０１からの受光信号から、ホログラム１０４の温度を算出することが出来る。ここで、受光部６０１に入射する光の中心位置と、ホログラム１０４の温度上昇との関係がレジスタ４０３に格納されている場合は、実施の形態１と同様の外気温測温部３０３の測定値を利用することで、ホログラム１０４の値を算出することが可能となる。すなわち、受光部６０１からの信号により、ホログラム１０４の基準となる温度からの温度変化を算出し、その温度変化と、外気温測温部３０３からの測定値を利用することで、ホログラムの温度を算出しても良い。なお、実施の形態１と同様に、外気温測温部３０３と、受光部６０１の値から、レーザ光源の好ましい中心波長、もしくは、レーザ光源に印加する電流波形を直接算出するものであっても良い。 If the relationship between the center position of the light incident on the light receiving unit 601 and the temperature of the hologram 104 is stored in the register 403, the temperature of the hologram 104 can be calculated from the light reception signal from the light receiving unit 601. . Here, when the relationship between the center position of the light incident on the light receiving unit 601 and the temperature rise of the hologram 104 is stored in the register 403, the measured value of the outside air temperature measuring unit 303 similar to that in Embodiment 1 is used. Can be used to calculate the value of the hologram 104. That is, the temperature change from the reference temperature of the hologram 104 is calculated based on the signal from the light receiving unit 601, and the temperature of the hologram is calculated by using the temperature change and the measured value from the outside air temperature measuring unit 303. It may be calculated. As in the first embodiment, the preferred center wavelength of the laser light source or the current waveform applied to the laser light source may be directly calculated from the values of the outside air temperature measuring unit 303 and the light receiving unit 601. good.

また、レーザ光源２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂは、順次駆動（フィールドシーケンシャル駆動）されているため、それぞれの光源（波長・色）毎に制御ループを回すことが出来る作用がある。これにより、それぞれの色で、ホログラム光学素子の現在温度に対する、レーザ光源発振波長のずれを知ることができる効果を奏する。 Further, since the laser light sources 201R, 201G, and 201B are sequentially driven (field sequential drive), there is an effect that a control loop can be rotated for each light source (wavelength / color). Thereby, there is an effect that the deviation of the laser light source oscillation wavelength with respect to the current temperature of the hologram optical element can be known for each color.

また、順次駆動している場合においても、レーザ光源をパルス状に駆動することで、シグナル／ノイズ比を低減できる効果があり、外光からのノイズの影響を低減することができるという効果を奏する。 In addition, even in the case of sequential driving, there is an effect that the signal / noise ratio can be reduced by driving the laser light source in pulses, and the effect of noise from external light can be reduced. .

なお、レーザ駆動波形を決定する制御方法は、以下に述べるフローに基づくものであってもよい。 The control method for determining the laser drive waveform may be based on the flow described below.

図９は、レーザ光源の中心波長を補償する方法の制御フロー図を示している。フロー図に従って、制御の手順を説明する。また、画像表示装置は、外気の温度を測定する外気温測温部３０３を具備している。この外気温測温部３０３を取得することで、計測用ホログラムで回折された光の移動方向に異常がないか検出することが出来る。 FIG. 9 shows a control flow diagram of a method for compensating the center wavelength of the laser light source. A control procedure will be described with reference to the flowchart. Further, the image display device includes an outside air temperature measuring unit 303 that measures the temperature of the outside air. By acquiring the outside air temperature measuring unit 303, it is possible to detect whether there is an abnormality in the moving direction of the light diffracted by the measurement hologram.

制御がスタートする（９０１）と、まず受光部６０１上での回折光６０２の移動量を計測する。ここで、実際に計測した移動量の計測値ｘの絶対値である｜ｘ｜が、予め設定しておく制御開始の閾値（Ｘset）に対して大きいか小さいか判定を行う（９０２）。閾値に対して小さい場合は、ループ１へ分岐する。ループ１を連続して通過した回数をカウントしておき、予め決定した回数ｒ回に達したところで制御を終了する。 When the control starts (901), first, the movement amount of the diffracted light 602 on the light receiving unit 601 is measured. Here, it is determined whether or not | x |, which is the absolute value of the actually measured movement amount x, is larger or smaller than a preset control start threshold (Xset) (902). If it is smaller than the threshold, the process branches to loop 1. The number of times of passing through the loop 1 is counted, and the control is terminated when the predetermined number of times r is reached.

一方、閾値に対して大きい場合は、ヘッドアップディスプレイ部１０２外部の外気温を計測し（９０３）、続いてレーザ光源の温度を計測する。ここでも、実際に計測したレーザ光源の温度ｔが、予め設定されている設定温度ｔsetに対して大きいか小さいか判断を行う（９０４）。レーザ光源の温度ｔが設定値を上回っているときは、レーザ光源の発光時間（ｄｕｒｙ）を短くし、ピーク電流を増加させる。逆にレーザ光源の温度が設定値より下回っているときは、レーザ光源の発光時間（ｄｕｔｙ）を長くし、ピーク電流を減少させる。以上の動作を行い、再び９０２に戻り、移動量の計測を行う。以上のループをループ２と置く。９０７でループ２を連続して通過した回数をカウントしておき、予め決定した回数ｓ回に達しても補正できなかった場合、制御エラーとして制御を終了しエラーフラグを立てる。 On the other hand, when it is larger than the threshold, the outside air temperature outside the head-up display unit 102 is measured (903), and then the temperature of the laser light source is measured. Also here, it is determined whether the actually measured temperature t of the laser light source is larger or smaller than the preset temperature tset (904). When the temperature t of the laser light source exceeds the set value, the light emission time (dury) of the laser light source is shortened and the peak current is increased. On the contrary, when the temperature of the laser light source is lower than the set value, the light emission time (duty) of the laser light source is lengthened and the peak current is decreased. The above operation is performed, the process returns to 902 again, and the movement amount is measured. The above loop is called loop 2. In 907, the number of times of passing through the loop 2 continuously is counted, and if the correction cannot be made even after reaching the predetermined number of times s, the control is terminated as a control error and an error flag is set.

以上のようなフローで制御することで、実施の形態２に提案する構成のヘッドアップディスプレイを動作させることができる。 By controlling according to the flow as described above, the head-up display having the configuration proposed in the second embodiment can be operated.

なお、本願で提案する各実施の形態において、レーザ光源２０１に用いる半導体レーザの活性層は、歪み量子井戸構造となっていることが望ましい。その理由としては、印加する電流値（電界）により活性層部分におけるバンド間の電子の存在確率に偏りが生じさせる作用があり、本願で提案している、印加ピーク電流値による波長制御の効果がより大きくなるためである。 In each embodiment proposed in the present application, it is desirable that the active layer of the semiconductor laser used for the laser light source 201 has a strained quantum well structure. The reason is that the applied current value (electric field) causes the existence probability of electrons between bands in the active layer portion to be biased, and the wavelength control effect by the applied peak current value proposed in this application is effective. This is because it becomes larger.

なお、本願で提案する各実施の形態において、半導体レーザ光源の活性層に電界が印加できる構成となっていてもよい。この場合、レーザ光源に印加するピーク電流値による波長制御よりもよりきめ細かな制御を行うことができる。図１０に提案する半導体レーザ光源１０００の構成模式図を示している。 In each embodiment proposed in the present application, an electric field may be applied to the active layer of the semiconductor laser light source. In this case, finer control can be performed than wavelength control by the peak current value applied to the laser light source. FIG. 10 shows a schematic configuration diagram of the proposed semiconductor laser light source 1000.

半導体基板１１０１上に半導体レーザ素子が形成されており、クラッド層１００２の間に活性層を有する量子井戸構造１００３が設けられた構成となっている。電流は電極１００４より注入され、電極１００５がグランド電極となっている。発光に寄与する電流を印加する電極１００４に加えて、活性層（量子井戸構造）１００３に電界を印加するための電極１００７が設けられていることが、本願の特徴である。電極１００７は、絶縁層１００６を介して設けられており、発光に寄与する電流を流さずに、活性層に電界を印加できる作用がある。その結果、電極１００７とグランド電極１００５との間に電界を印加することで、半導体レーザ光源の光量を変化させる事なく、発振波長のみをシフトさせる効果を発生させることができる作用が生じる。外気温に応じてホログラム光学素子の温度特性に合わせた光源の波長補償を行うことができる効果を奏する。 A semiconductor laser element is formed on a semiconductor substrate 1101, and a quantum well structure 1003 having an active layer is provided between the cladding layers 1002. Current is injected from the electrode 1004, and the electrode 1005 serves as a ground electrode. A feature of the present application is that an electrode 1007 for applying an electric field to the active layer (quantum well structure) 1003 is provided in addition to the electrode 1004 for applying a current contributing to light emission. The electrode 1007 is provided via the insulating layer 1006 and has an effect of applying an electric field to the active layer without passing a current that contributes to light emission. As a result, by applying an electric field between the electrode 1007 and the ground electrode 1005, there is an effect that the effect of shifting only the oscillation wavelength can be generated without changing the light quantity of the semiconductor laser light source. There is an effect that wavelength compensation of the light source can be performed in accordance with the temperature characteristics of the hologram optical element according to the outside air temperature.

なお、本願で提案する各実施の形態において、半導体レーザの温度から発振中心波長を予測する以外に、半導体レーザの発振波長を図１１に示した以下のような方法で直接計測する手段を採っても良い。以下の方法を採ることで、光源の正確な波長シフト量を取得できる作用が生じ、より確実に制御できる効果がある。 In each embodiment proposed in the present application, in addition to predicting the oscillation center wavelength from the temperature of the semiconductor laser, means for directly measuring the oscillation wavelength of the semiconductor laser by the following method shown in FIG. 11 is adopted. Also good. By adopting the following method, there is an effect that an accurate wavelength shift amount of the light source can be acquired, and there is an effect that it can be controlled more reliably.

図１１では、レーザ光源１１０１から発せられた光１１０２をコリメータレンズ１１０８で平行光とし、ディスプレイ光学系へ送る際に、ビームスプリッタ１１０３で光１１０２の一部を抜き取っている。以下、この構成を用いて、光の波長変化を検出する方法について示している。 In FIG. 11, when the light 1102 emitted from the laser light source 1101 is converted into parallel light by the collimator lens 1108 and sent to the display optical system, a part of the light 1102 is extracted by the beam splitter 1103. Hereinafter, a method for detecting a change in the wavelength of light using this configuration will be described.

図１１（ａ）に示しているのは、半導体レーザ光源１１０１から発せられた光１１０２の一部をビームスプリッタ１１０３で一部抜き取り、ホログラム光学素子１１０４に入射する。ホログラム光学素子は、光の波長によって回折角が変化する作用を生じる。そのため、半導体レーザ光源１１０１から発せられた光の波長が変化すると光の照射位置が受光部アレイ１１０５上でシフトするため、受光部アレイ１１０５上の光の照射位置から波長のずれを検出することができるという効果を奏する。 In FIG. 11A, a part of the light 1102 emitted from the semiconductor laser light source 1101 is extracted by the beam splitter 1103 and is incident on the hologram optical element 1104. The hologram optical element has an effect that the diffraction angle changes depending on the wavelength of light. Therefore, when the wavelength of the light emitted from the semiconductor laser light source 1101 changes, the light irradiation position shifts on the light receiving unit array 1105. Therefore, a wavelength shift can be detected from the light irradiation position on the light receiving unit array 1105. There is an effect that can be done.

一方図１１（ｂ）に示した方法は、ホログラム光学素子の代わりに透過特性に波長依存性を持たせた波長フィルタ１１０６を用いた例である。例えば図１１（ｂ）に示したような、波長に対する透過率特性を持つ波長フィルタを配置した際、光源１１０１からの光出力が一定であれば、光波長の変化を出力変化として検出することができる。そのため、より簡便な素子で光源の波長のずれを補正できる効果がある。この時、受光部１１０７はアレイ素子である必要はない。 On the other hand, the method shown in FIG. 11B is an example in which a wavelength filter 1106 in which transmission characteristics have wavelength dependency is used instead of the hologram optical element. For example, when a wavelength filter having transmittance characteristics with respect to the wavelength as shown in FIG. 11B is arranged, if the light output from the light source 1101 is constant, a change in the light wavelength can be detected as an output change. it can. Therefore, there is an effect that the wavelength shift of the light source can be corrected with a simpler element. At this time, the light receiving unit 1107 does not need to be an array element.

図１１（ｂ）で示した方法の場合波長のシフト量を光量として検出するため、印加電流に対する光量値を予め知っておく必要が生じる。 In the case of the method shown in FIG. 11B, since the wavelength shift amount is detected as the light amount, it is necessary to know the light amount value with respect to the applied current in advance.

なお、本願で提案する各実施の形態において、２次元変調素子に代わって、ミラーを操作することで画像表示を行う走査型構成を採ることも可能である。図１２に走査ミラーを使った走査型ディスプレイの構成模式図を示す。 In each embodiment proposed in the present application, it is also possible to adopt a scanning configuration in which an image is displayed by operating a mirror instead of the two-dimensional modulation element. FIG. 12 shows a schematic diagram of the structure of a scanning display using a scanning mirror.

図面１２は画像表示装置の構成模式図である。 FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an image display device.

画像表示装置１２００は、レーザ光源２０１Ｒ，２０１Ｇ、２０１Ｂから発せられたレーザ光を、光学系で整形し、走査ミラー１２０２により、レーザビーム１２０３を走査することで中間スクリーン２０４に描画する構成となっている。走査ミラーは、ミラー駆動回路１２０１で発生させた信号によりｘ軸とｙ軸をそれぞれ中心に振動しており、レーザビームを上下左右に走査している。 The image display apparatus 1200 has a configuration in which laser light emitted from the laser light sources 201R, 201G, and 201B is shaped by an optical system and is drawn on the intermediate screen 204 by scanning the laser beam 1203 with the scanning mirror 1202. Yes. The scanning mirror oscillates around the x-axis and y-axis by the signal generated by the mirror drive circuit 1201, and scans the laser beam vertically and horizontally.

画像表示装置で表示させたい画像データは、入力ポート２０８から電気信号として入力され、画像処理部３０６で画素毎の輝度データ、色データに分解される。画像処理部３０６では、ミラー駆動回路１２０１から電気信号として送られる走査ミラーの振動周波数情報を元に、レーザ光源の点灯タイミング信号を生成する。また、生成された点灯タイミング信号を、光源駆動回路３０５に電気信号として送信する。光源駆動回路３０５は、受信した点灯タイミング信号を元に、レーザ光源２０１Ｒ，２０１Ｇ、２０１Ｂに必要な電流を供給することで、レーザ光源２０１Ｒ，２０１Ｇ、２０１Ｂを点灯させる。 Image data to be displayed on the image display device is input as an electrical signal from the input port 208, and is decomposed into luminance data and color data for each pixel by the image processing unit 306. The image processing unit 306 generates a lighting timing signal of the laser light source based on the vibration frequency information of the scanning mirror sent as an electrical signal from the mirror driving circuit 1201. The generated lighting timing signal is transmitted to the light source driving circuit 305 as an electrical signal. The light source driving circuit 305 turns on the laser light sources 201R, 201G, and 201B by supplying a necessary current to the laser light sources 201R, 201G, and 201B based on the received lighting timing signal.

中間スクリーン以降は、２次元変調素子を使用する場合と同様である。 The intermediate screen and the subsequent screens are the same as when the two-dimensional modulation element is used.

走査ミラーは、静電駆動するＭＥＭＳミラー、圧電駆動するＭＥＭＳミラー、電磁駆動するＭＥＭＳミラー、モーターの回転を利用するガルバノミラーなどいずれのミラーを用いた画像表示装置に適用しても有効である。中でも特に、周辺温度やレーザ照射の有無で特性が変化しやすい静電駆動するＭＥＭＳミラー、圧電駆動するＭＥＭＳミラーを用いた画像表示装置に適用すると、時々刻々と変化する周辺環境に応じて、光源点灯タイミングの補正も合わせて行うことが可能となるという作用があり、ＭＥＭＳミラーの温度特性とあわせで補正ができるという効果がある。 The scanning mirror is effective when applied to an image display device using any mirror such as an electrostatically driven MEMS mirror, a piezoelectrically driven MEMS mirror, an electromagnetically driven MEMS mirror, or a galvanomirror that utilizes rotation of a motor. Especially, when applied to an image display device using an electrostatically driven MEMS mirror or a piezoelectrically driven MEMS mirror whose characteristics are likely to change depending on the ambient temperature or the presence or absence of laser irradiation, a light source according to the surrounding environment that changes every moment. There is an effect that the lighting timing can be corrected together with the temperature characteristic of the MEMS mirror.

なお、この図１２に示した走査型ミラーと同じ構成で、ヘッドマウントディスプレイを構成することも可能である。 Note that a head-mounted display can be configured with the same configuration as that of the scanning mirror shown in FIG.

なお、本願で提案する各実施の形態において、赤色レーザ光源１０５ＲにＩｎＧａＡｓ系半導体レーザを使用すると、温度・印加電流により発振波長及び閾値電流値を変化させやすい。そのため、赤色レーザ光源１０５ＲにＩｎＧａＡｓ系半導体レーザを使用すると、本願の画像表示装置に適用するとより大きな補正効果が得られる。 In each embodiment proposed in the present application, when an InGaAs-based semiconductor laser is used for the red laser light source 105R, the oscillation wavelength and the threshold current value can be easily changed depending on the temperature and the applied current. Therefore, when an InGaAs semiconductor laser is used for the red laser light source 105R, a greater correction effect can be obtained when applied to the image display device of the present application.

本願の発明により、画像表示装置を使用している最中においても、レーザ光の発光スペクトルシフト量とホログラム回折角の温度変化との同期が可能となる。その結果、色ずれ、にじみ、解像度劣化を抑制する事ができる。 The invention of the present application makes it possible to synchronize the emission spectrum shift amount of the laser beam and the temperature change of the hologram diffraction angle even during the use of the image display device. As a result, color misregistration, bleeding, and resolution degradation can be suppressed.

１００画像表示装置
１０１自動車
１０２ヘッドアップディスプレイ装置
１０３光線
１０４ホログラム光学素子
１０５光線
１０６運転者
１０７フロントガラス
１０８虚像
２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂレーザ光源
２０２２次元変調素子
２０３投射レンズ
２０４中間スクリーン
２０５折り返しミラー
２０６光線
２０７コントローラ部
２０８入力ポート
３０１レーザ駆動波形制御部
３０２Ｒ，３０２Ｇ，３０２Ｂ光源測温部
３０３外気温測温部
３０４外光光量測定部
３０５光源駆動電源
３０６画像処理部
４０１Ａ／Ｄコンバータ
４０２演算部
４０３レジスタ
４０４波形発生部
６０１受光部
６０２回折光
６０３ホログラム測温部
７０１迷光防止フィルタ
１０００半導体レーザ光源
１００１半導体基板
１００２クラッド層
１００３量子井戸構造
１００４電極
１００５グランド電極
１００６絶縁層
１００７電極
１１０１レーザ光源
１１０２光
１１０３ビームスプリッタ
１１０４ホログラム光学素子
１１０５受光部アレイ
１１０６波長フィルタ
１１０７受光部
１１０８コリメータレンズ
１２００画像表示装置
１２０１ミラー駆動回路
１２０２走査ミラー
１２０３レーザビーム DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Image display apparatus 101 Car 102 Head-up display apparatus 103 Light beam 104 Hologram optical element 105 Light beam 106 Driver 107 Windshield 108 Virtual image 201R, 201G, 201B Laser light source 202 Two-dimensional modulation element 203 Projection lens 204 Intermediate screen 205 Folding mirror 206 Light beam 207 Controller unit 208 Input port 301 Laser drive waveform control unit 302R, 302G, 302B Light source temperature measurement unit 303 Outside air temperature measurement unit 304 Ambient light quantity measurement unit 305 Light source drive power supply 306 Image processing unit 401 A / D converter 402 Calculation unit 403 Register 404 Waveform generation unit 601 Light receiving unit 602 Diffracted light 603 Hologram temperature measuring unit 701 Stray light prevention filter 1000 Semiconductor laser light source 1001 Semiconductor substrate 1 02 Cladding layer 1003 Quantum well structure 1004 Electrode 1005 Ground electrode 1006 Insulating layer 1007 Electrode 1101 Laser light source 1102 Light 1103 Beam splitter 1104 Hologram optical element 1105 Light receiving part array 1106 Wavelength filter 1107 Light receiving part 1108 Collimator lens 1200 Image display device 1201 Mirror drive circuit 1202 Scanning mirror 1203 Laser beam

Claims

A laser light source that emits light;
A laser driving circuit for supplying a current to the laser light source;
A modulation element that modulates the light to form an image;
A hologram element that reflects light emitted from the modulation element;
A drive circuit for driving the modulation element;
First temperature measuring means for measuring a temperature of the laser light source and emitting a first electric signal;
A second temperature measuring means for measuring the ambient temperature of the hologram element and emitting a second electrical signal;
A controller that determines a waveform of a current to be applied to the laser light source and issues a command to the laser drive circuit;
The image display apparatus characterized in that the controller unit determines a current waveform to be applied to the laser light source based on the first and second electric signals.

The image display apparatus according to claim 1, wherein the laser light source includes an electrode for shifting an oscillation wavelength by applying an electric field.

The image display apparatus according to claim 1, wherein the current waveform is determined by changing two parameters of a light emission time and a peak current value.

An external light detector that detects the amount of external light incident on the periphery of the hologram element and emits a third electrical signal;
2. The controller section determines a current waveform or an electric field waveform to be applied to the laser light source based on the first electric signal, the second electric signal, and the third electric signal. The image display device according to claim 3.

Around the hologram element,
A hologram region where the diffraction angle of the diffracted light changes according to the temperature;
A light receiving portion for detecting diffracted light from the hologram region,
5. The controller according to claim 1, wherein the controller unit calculates a diffraction angle of light diffracted in the hologram region based on a signal from the light receiving unit, and detects a temperature of the hologram unit. The image display device described.

The image display apparatus according to claim 5, wherein a filter for preventing stray light is provided in a detection unit that detects diffracted light from hologram regions having different diffraction angles.

The image display device according to claim 5, wherein the light receiving unit includes a light receiving array having a plurality of light receiving regions.

The image display device according to claim 5, wherein the light receiving unit is divided into a plurality of regions along a direction in which the diffracted light moves when a temperature changes.

When the diffracted light from the hologram region does not enter the light receiving unit, or when the diffracted light from the hologram region falls below a predetermined threshold value to the light receiving unit, the controller unit sends the laser drive circuit to the laser light source. The image display apparatus according to claim 5, wherein the supplied current is stopped.

The controller circuit acquires an A / D converter that converts the first, second, and third electrical signals into digital signals, a register that holds data of initial characteristics and temperature characteristics of the laser light source and the hologram element, The signal processing apparatus includes: a calculation unit that calculates and transmits a signal to a waveform generation unit from a signal and data held in the register; and a waveform generation unit that generates a command signal to a laser driving circuit. The image display device according to claim 1.

11. The image display device according to claim 1, further comprising means for detecting a change in the oscillation wavelength of the laser light source.

12. The oscillation wavelength change detecting means is a combination of a hologram element and a light receiver array, and is configured to detect a change in the diffraction angle of a light beam by the hologram element with the light receiver array. The image display device described in 1.

As a means for detecting a change in the oscillation wavelength, a wavelength filter is formed on an incident surface of the light receiving unit, and a change in the amount of light passing through the wavelength filter is detected by the light receiver. The image display device according to claim 10.

The image display apparatus according to claim 1, wherein the modulation element is a scanning reflection element.

The image display device according to claim 1, wherein the scanning mirror is a MEMS mirror that is electrostatically driven or a MEMS mirror that is piezoelectrically driven.

The image display apparatus according to claim 1, wherein the laser light source is an InGaAs semiconductor laser light source or an AlGaAs semiconductor laser light source.

The image display device according to claim 1, wherein the hologram element is provided in a windshield portion, and operates as an in-vehicle head-up display.

The image display device according to claim 6 is provided,
The light receiving portion has at least a first light receiving region and a second light receiving region, and is disposed between the driver and the windshield portion,
The second light receiving region is disposed closer to the driver side from the windshield than the first light receiving region, and the second light receiving region has an area larger than that of the first light receiving region. An on-vehicle image display device characterized by being large.