JP2012032721A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でレーザーの応答性と表示コントラストの向上が可能なＨＵＤ装置を提供する。
【解決手段】ＨＵＤ装置１は、レーザー光を出射するＬＤと、レーザー光を走査するＭＥＭＳミラー３０と、ＭＥＭＳミラー３０で走査されたレーザー光が到達することで表示画像Ｌを表示する透過スクリーン４０と、を備える。ＨＵＤ装置１は、合成レーザー光発生装置１０内のＬＤとＭＥＭＳミラー３０の間に配置され、ＬＤが出射したレーザー光の大部分の光を通過させる大きさのピンホールを有するピンホール部材と、透過軸の向きとレーザー光の偏光方向を略平行になるように設けられた偏光フィルタ２０とをさらに備えることで、ＬＤに閾値電流未満の電流が供給され、ＬＥＤ光が発生した場合に、そのＬＥＤ光を低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体レーザーを用いた表示装置に関する。

車両の運転手が運転中に視線をほとんど動かさずに車両情報（速度、走行距離等）を読み取れるようにするため、フロントガラスの前方に情報を表示させるヘッドアップディスプレイ（Head-Up Display；ＨＵＤ）装置が提案されている。

ＨＵＤ装置は、車両のダッシュボード内等に設けられ、フロントガラスに表示画像を投影することで、運転者に虚像として表示画像を視認させる。

表示画像を投影するための光源としては様々なものが考えられるが、半導体レーザーを光源としたＨＵＤ装置が特許文献１に開示されている。このＨＵＤ装置は、半導体レーザーと走査系とスクリーンとを備え、半導体レーザーが出射したレーザー光を走査系でスクリーンに向け走査して表示画像を生成するものである。

特開平７−２７０７１１号公報

半導体レーザーは、数十ｍＡの閾値電流を持ち、その閾値電流以上の駆動電流を供給されることで、レーザー発振する。一方、閾値未満の電流が供給された場合、半導体レーザーは、供給電流に比例した、指向性が低く、強度も弱い光（以下、ＬＥＤ光と呼ぶ）を放出する。

例えば、表示画像に黒色を表したい場合には、供給電流の値をゼロ値に設定することが考えられる。しかし、黒色時の電流値をゼロに設定すると、特許文献１に開示された表示装置のように半導体レーザーを光源とした走査型のレーザー表示装置では、変調周波数を数十ＭＨｚ程度にして半導体レーザーを駆動する必要があるため、半導体レーザーの立ち上がり時間が遅れてしまう。すると、立ち上がり時間が遅れるために、変調がかけられない、輝度が達成できない、高解像度が得られない、といった問題が発生する。

半導体レーザーの立ち上がり時間の遅れを改善するためには、表示色が黒色時の供給電流の値を閾値電流のわずか下の値に設定することが考えられる。しかし、この場合、表示色が黒色時にもかかわらずＬＥＤ光が発生してしまうため、このＬＥＤ光が黒表示に悪影響を与え、表示コントラストが低下するという問題があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、半導体レーザーの応答性を早くできるにもかかわらず表示コントラストが良好な表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る表示装置は、
レーザー光を出射する半導体レーザーと、
前記半導体レーザーが出射した前記レーザー光が到達し、到達した前記レーザー光を走査する走査部と、
前記走査部で走査された前記レーザー光に基づいて表示画像を表示する表示部と、
前記半導体レーザーと前記走査部との間に配置され、前記レーザー光の少なくとも一部が通過するピンホールが形成されたピンホール部材と、
を備える。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る表示装置は、
レーザー光を出射する半導体レーザーと、
前記半導体レーザーが出射した前記レーザー光が到達し、到達した前記レーザー光を走査する走査部と、
前記走査部で走査された前記レーザー光に基づいて表示画像を表示する表示部と、
前記半導体レーザーが出射した前記レーザー光の光路上に位置し、透過軸に平行な偏光方向の光を透過させる偏光フィルタと、備え、
前記偏光フィルタは、前記透過軸の方向と前記レーザー光の偏光方向とが略平行になるように配置されている。

本発明によれば、半導体レーザーの応答性を早くできるにもかかわらず表示コントラストが良好な表示装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る表示装置の車両への搭載態様及び虚像がどのように結像されるかを示す概念図である。 第１実施形態に係る表示装置の概略構成図である。 第１実施形態に係る合成レーザー光発生装置の概略構成図である。 第１実施形態に係る表示装置の制御系統を説明するブロック図である。 ＬＤに供給される電流とＬＤが発する光の種類の関係を説明するグラフである。 （ａ）はレーザー光とＬＥＤ光の拡散態様を説明する図であり、（ｂ）はピンホールを通過したレーザー光とＬＥＤ光の拡散態様を説明する図である。 ＬＤから出射されたレーザー光の発散角を示したグラフである。 第１実施形態に係るピンホール部材の機能を説明するための概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る表示装置の概略構成図である。 第２実施形態に係る合成レーザー光発生装置の概略構成図である。 第２実施形態に係る集光レンズの性能を説明するためのグラフである。 第２実施形態に係るピンホール部材の機能を説明するための概略断面図である。

１．第１実施形態
本発明の第１実施形態に係る表示装置を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る表示装置は、ＨＵＤ装置１である。ＨＵＤ装置１は、図１に示すように、車両２のダッシュボード内に設けられ、生成した表示画像Ｌ（図２参照）を表す光をウインドシールド３で反射させることにより、運転者に車両情報を表す表示画像Ｌの虚像Ｖを視認させる装置である。これにより、運転者は、運転中に前方から視線を逸らさずに車両情報を視認できる。なお、図１の虚像Ｖは、感覚的な理解を容易にするため、幅を持たせ、グラデーションを付して表した。図２の表示画像Ｌも同様である。

ＨＵＤ装置１は、図２に示すように、合成レーザー光発生装置１０と、偏光フィルタ２０と、ＭＥＭＳミラー３０と、透過スクリーン４０（表示部の一例）と、反射部５０と、ハウジング６０と、を備える。

合成レーザー光発生装置１０は、Ｒ，Ｇ，Ｂの三原色のレーザー光を合波して１本の合成レーザー光を出射する装置であり、図３に示すように、ＬＤ１１と、集光光学系１２と、ピンホール部材１３と、ダイクロイックミラー１４及び１５と、を備える。

合成レーザー光発生装置１０は、ＬＤ１１として、赤色のレーザー光Ｒを発するＬＤ１１ｒと、緑色のレーザー光Ｇを発するＬＤ１１ｇと、青色のレーザー光Ｂを発するＬＤ１１ｂと、を備える。ＬＤ１１ｒ、ＬＤ１１ｇ、及び、ＬＤ１１ｂは、それぞれ、半導体レーザーであり、レーザーダイオード（Laser Diodo；ＬＤ）で構成される。なお、上述のように、ＬＤ１１ｒ、ＬＤ１１ｇ、及び、ＬＤ１１ｂは、所定の閾値未満の駆動電流によって、ＬＥＤ光（レーザー光でない光であって、レーザー光よりも強度（輝度）が弱く、指向性の低い光）を出射し、閾値以上の駆動電流によって、レーザー光を出射する。

ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々は、これらから出射され、最終的にダイクロイックミラー１５を透過又は反射したレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの各々の偏光方向（電場振動方向）が一致するように配設されている。なお、レーザー光がどのようにダイクロイックミラー１５を透過又は反射するかは後に述べる。

集光光学系１２は、各ＬＤ１１から出射されたレーザー光を集光し、ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々に対応する集光レンズ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを備える。

集光レンズ１２ｒは、ＬＤ１１ｒが出射するレーザー光Ｒの光路の途中に配置され、レーザー光Ｒを収束光にする。集光レンズ１２ｇとＬＤ１１ｇ、集光レンズ１２ｂとＬＤ１１ｂの対応関係についても同様である。

このように配設される集光光学系１２は、ＬＤ１１が出射した各レーザー光（又はＬＥＤ光）を集光するが、本実施形態においては、集光されるレーザー光は、次に述べるピンホール部材１３を通過した光となっている。

合成レーザー光発生装置１０は、ピンホール部材１３として、ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々に対応するピンホール部材１３ｒ，１３ｇ，１３ｂを備える。ピンホール部材１３は、ＬＤ１１から画質低下等の原因となるＬＥＤ光が出射された場合に、それを低減するために配置される。ピンホール部材１３は、光を通過させるための所定の口径（直径）のピンホールを有して形成される。なお、ピンホール部材１３のピンホール以外の部分は到達した光を通過させない。ピンホール部材は、例えば、板状の部材である。

ピンホール部材１３ｒは、ＬＤ１１ｒと集光レンズ１２ｒの間に位置し、ピンホール１３０ｒがＬＤ１１ｒから出射されたレーザー光Ｒを通過させるように配設されている。ピンホール１３０ｒの口径は、レーザー光Ｒのうちの少なくとも一部（例えば、レーザー光Ｒのうち、レーザー光Ｒの中心を進む光を含む所定の割合以上の光）が通過するように、ＬＤ１１ｒ−ピンホール部材１３ｒ間の距離、ＬＤ１１ｒが出射するレーザー光Ｒの発散角等の諸条件を鑑みて適宜決定される。特に、本実施形態では、ピンホール１３０ｒは、レーザー光の指向性をさらに高める。例えば、ＬＤ１１ｒの±２０°以内で発散する光をレンズに取り込む場合、ＬＤ１１ｒとピンホール１３０ｒの距離を１．５ｍとすると、ピンホール１３０ｒの口径は１．０８ｍｍである。

単色性の高いレーザー光Ｒはコヒーレンス（可干渉性）が高く、指向性が高い。このため、ピンホール１３０ｒを通過したレーザー光Ｒの明るさは、依然明るいものとなる。一方、ＬＥＤ光は指向性が低く、拡散する光となるため、ＬＤ１１ｒがＬＥＤ光を出射した場合、ピンホール部材１３ｒは、ピンホール１３０ｒを通過する光以外のＬＥＤ光（つまり、ＬＥＤ光の一部）を吸収又は反射する。このようにして、ピンホール部材１３ｒは、ピンホール１３０ｒ通過後のレーザー光Ｒを不必要に暗くせず、また、通過するＬＥＤ光については暗くできる。

なお、ＬＤ１１ｇに対応するピンホール部材１３ｇ、ＬＤ１１ｂに対応するピンホール部材１３ｂについての説明も、上記と同様である（レーザー光等についても同じ。）。また、ＬＤ１１−ピンホール部材１３間の距離は任意である。さらに、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの指向性等の違いを考慮して、ピンホール部材１３ｒ等の位置や、ピンホール部材１３ｒ等が有する各ピンホールの口径をそれぞれ異なる大きさにしてもよい。

ダイクロイックミラー１４及び１５は、誘電体の多層膜等の薄膜が鏡面に形成された鏡で構成され、ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々が出射したレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを反射又は透過させ、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを１本のレーザー光に合波する。

ダイクロイックミラー１４は、集光レンズ１２ｒと集光レンズ１２ｂからの光の進行方向側に位置し、各々の光の進行方向に対して所定の角度をもって配設される。これにより、レーザー光Ｂを透過し、レーザー光Ｒを反射する。即ち、ダイクロイックミラー１４は、レーザー光ＲとＢを合波する。

ダイクロイックミラー１５は、集光レンズ１２ｇとダイクロイックミラー１４とに対して光の進行方向側に位置し、各々の光の進行方向に対して所定の角度をもって配設される。これにより、合波されたレーザー光Ｒ，Ｂを透過し、レーザー光Ｇを反射する。即ち、ダイクロイックミラー１５は、レーザー光Ｒ，Ｂとレーザー光Ｇをさらに合波する。

このように、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂは１本の合成レーザー光（ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，又は１１ｂから出射されたレーザー光とも言える）に合波され、合成レーザー光発生装置１０から出射される。なお、ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々が調整して配設されることにより、合波されたレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの各々の偏光方向は、一致している。なお、ダイクロイックミラー１５は、ＬＥＤ光についても合波し、合波した光は合成レーザー光発生装置１０から出射される。

図２に戻って、偏光フィルタ２０は、ワイヤグリッド偏光フィルタ等から構成され、合成レーザー光発生装置１０から出射される合成レーザー光の進行方向側に配置される。本実施形態において、この偏光フィルタ２０は、画質低下等の原因となるＬＥＤ光が出射された場合に、それを低減するために設けられる。

偏光フィルタ２０は、その透過軸の向きが、前述のように各々の偏光方向が一致して出射されるレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの偏光方向と略平行になるように配置される。すると、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの各々は、程度の違いはあるが、概ね直線偏光であるため、これらのほとんどが偏光フィルタ２０を透過することができる。一方、ＬＥＤ光はランダムな偏光方向を持つ無偏光の状態であるため、ＬＥＤ光のうち、偏光フィルタ２０の透過軸方向と平行な偏光方向を持つ光のみが透過し、その他の光（ＬＥＤ光の一部の光）は、反射又は吸収される。

なお、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの偏光方向、及び、偏光フィルタの透過軸の向きは、ウインドシールド３の反射率の偏光依存性を考慮して、決定される。

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー３０は、合成レーザー光発生装置１０が出射したレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの合成レーザー光を走査して、透過スクリーン４０の上面に表示画像Ｌを生成（表示）する。なお、ここで「上」とは、図２の両端矢印に示すように、ＨＵＤ装置１に対して、ウインドシールド３側の方向を言う。「下」は、その逆方向を言う。以下同様とする。

透過スクリーン４０は、拡散板、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ等から構成され、ＭＥＭＳミラー３０で走査されたレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを下面で受光して上面に表示画像Ｌを表示する。また、透過スクリーン４０は、その下面に、後述するカラーセンサ７１を備える。

反射部５０は、透過スクリーン４０の上面に表示された表示画像Ｌが、所望の位置に、所望の大きさで、虚像Ｖとして結ばれるように、透過スクリーン４０とウインドシールド３の光路間に設けられる光学系である。本実施形態では、反射部５０は、平面ミラー５１と拡大ミラー５２の２枚の鏡から構成されるが、その構成は任意である。

平面ミラー５１は、平面状の全反射ミラー等であり、透過スクリーン４０に表示された表示画像Ｌを表す、透過スクリーン４０を透過した表示光を受ける位置に配置され、表示光を拡大ミラー５２に向かって反射させる。

拡大ミラー５２は、凹面鏡等であり、平面ミラー５１で反射された表示画像Ｌを表す表示光を凹面で反射させることで、反射光をウインドシールド３に向かって出射する。これにより、結ばれる虚像Ｖの大きさは、表示画像Ｌが拡大された大きさのものになる。

ハウジング６０は、上方に所定の大きさの開口部を有して、箱状に、硬質樹脂等から形成され、窓部６１を備える。また、ハウジング６０は、上記の各部１０〜５０を所定の位置に収納する。

窓部６１は、アクリル等の透光性樹脂から湾曲形状に形成されており、ハウジング６０の開口部に溶着等により取り付けられる。また、窓部６１は、拡大ミラー５２で反射された光を透過させる。

次に、図４を参照して、ＨＵＤ装置１が有する制御系統について説明する。ＨＵＤ装置１は、可視光検出部７０と、制御部８０と、ミラードライバ９０と、を備える。

可視光検出部７０は、各ＬＤ１１が出射したレーザー光の光強度データを制御部８０に送信するためのユニットであり、カラーセンサ７１、可視光検出用マイコン７２、を備える。

カラーセンサ７１は、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの光強度を検出し、光強度のアナログデータを可視光検出用マイコン７２に送信する。また、本実施形態では、カラーセンサ７１は、透過スクリーン４０の下面に設置されているが、設置場所は、任意である。

可視光検出用マイコン７２は、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）等から構成され、カラーセンサ７１から光強度のアナログデータを受信し、デジタルデータに変換する。そして、デジタルデータとなった光強度のデータを、ＡＳＩＣ８１に送信する。

制御部８０は、ＡＳＩＣ８１と、出力制御部８２と、を備える。

ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）８１は、複数機能の回路を１つにまとめた集積回路であり、ＨＵＤ装置１における種々の動作を制御する。また、ＡＳＩＣ８１には、表示画像Ｌを表示するための画像データがＣＡＮ（Controller Area Network）通信によって供給される。また、ＡＳＩＣは、所定の位置に配置されたカラーセンサ７１の位置データを記憶している。

例えば、ＡＳＩＣ８１は、所定の制御データを生成して出力制御部８２に送信することで、出力制御部８２を介して、ＬＤ１１を駆動する。所定の制御データとは、ｉ）可視光検出用マイコン７２から受信した光強度のデジタルデータに基づいて、ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々が出射するレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの光強度を、ＣＡＮ通信で供給される画像データに基づく映像信号が要求する強度にするための制御データ、ｉｉ）映像信号が黒表示を要求する場合には、ＬＤ１１に供給する電流をゼロにせず、閾値電流をわずかに下回る電流を供給する制御データ、等である。また、ＡＳＩＣ８１は、ミラードライバ９０を介して、ＭＥＭＳミラー３０を駆動する。また、ＡＳＩＣ８１は、所定のタイミングでＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂをオンして、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂをカラーセンサ７１に入光させる。

出力制御部８２は、ＡＳＩＣ８１から制御データを受信し、受信した制御データに基づいて、ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々の出力を制御する。

ミラードライバ９０は、ＡＳＩＣ８１の制御の下、ＭＥＭＳミラー３０を駆動する。

以上の構成からなるＨＵＤ装置１は、運転者に、所定の表示画像Ｌを虚像Ｖとして視認させることを可能とする。これを可能とする機構の一連の流れを簡潔に述べれば、ｉ）制御部８０の制御の下、合成レーザー光発生装置１０は合成レーザー光を出射し、ＭＥＭＳミラー３０は受光した合成レーザー光を透過スクリーン４０に向けて走査することで表示画像Ｌを生成する。ｉｉ）透過スクリーン４０に表示された表示画像Ｌを表す表示光（透過スクリーン４０を透過した光）が反射部５０（平面ミラー５１と拡大ミラー５２）で反射され、反射光はウインドシールド３に向けて出射される。このようにして、ＨＵＤ装置１は表示光を出射する。ｉｉｉ）ＨＵＤ装置１が出射した表示画像Ｌを表す表示光が、ウインドシールド３で反射されることで、図１に示すように、運転者から見て、ウインドシールド３の前方に表示画像Ｌの虚像Ｖが結ばれる、という流れになる。

ＨＵＤ装置１は、このような機構により、運転者に虚像Ｖによって表示画像を示すが、特に、本実施形態においては、ＬＤ１１と集光光学系１２の間に位置するピンホール部材１３、及び、合成レーザー光発生装置１０とＭＥＭＳミラー３０の間に位置する偏光フィルタ２０によって、虚像Ｖとして視認される画像の画質の低下を防止している。よって、以下では、本実施形態に特有のピンホール部材１３、偏光フィルタ２０の機能について詳細に説明する。

ＨＵＤ装置１におけるピンホール部材１３、偏光フィルタ２０は、ＬＤ１１に供給される電流が閾値未満である場合にＬＤ１１が発光し、画質低下の原因となるＬＥＤ光を低減する働きを担う。そのために、まず、ＨＵＤ装置１におけるＬＥＤ光の発生メカニズムについて説明する。

表示画像Ｌを透過スクリーン４０に表示させる際に、制御部８０は、映像信号の要求に応じて、合成レーザー光発生装置１０の各ＬＤ１１の出力を制御する。映像信号が所定の表示色（黒色以外）を要求する場合、制御部８０は、各ＬＤ１１に駆動電流を供給し、各ＬＤ１１は、所定の表示色を構成するためのレーザー光を出射する（図５参照）。一方、映像信号が黒表示を要求する場合、制御部８０は、閾値をわずかに下回る電流（閾値から所定の範囲内で下回る電流）をＬＤ１１全てに供給する。このように、制御部８０が、映像信号が黒表示の場合であっても、ＬＤ１１に供給する電流をゼロにしないように制御することで、ＬＤ１１の立ち上がり時間を短縮することができる。しかし、この場合、ＬＤ１１には閾値未満の電流（ゼロでない電流）が供給されるため、ＬＤ１１は、レーザー光でなく、ＬＥＤ光を出射してしまう（図５参照）。

このようにして出射されるＬＥＤ光は、レーザー光よりも発散角が大きいため、図６（ａ）に示すような拡がる光となる。即ち、ＬＥＤ光は、レーザー光のように高い指向性を有さない。

なお、レーザー光の発散角は、図７のグラフからわかるように、水平−鉛直方向で異なるため、図６（ａ）に示すような楕円形状となる。

（ピンホールを有するピンホール部材の機能について）
映像信号が赤色を要求する場合、ＬＤ１１ｒは、制御部８０の制御の下、駆動電流を供給され、赤色のレーザー光Ｒを出射する。図８に示すように、ほとんどのレーザー光Ｒは、ピンホール１３０ｒを通過する。なお、図８では、便宜上、透過スクリーン４０に表示画像Ｌが生成される様子を、ＬＤ１１を構成する任意の一のＬＤが光を出射する光の経路により概念的に表した。また、ピンホールを通過するレーザー光を直線で、ピンホール部材で遮断されるＬＥＤ光を点線で表している。

一方、映像信号が黒表示を要求する場合、ＬＤ１１ｒは、制御部８０の制御の下で、閾値電流未満の電流を供給され、ＬＥＤ光を出射してしまう。図６（ａ）のようにＬＥＤ光は発散角が大きいため、ＬＤ１１ｒが出射したＬＥＤ光のうち、大部分の光は、ピンホール１３０ｒを通過することができない。

ピンホール部材１３ｒによれば、図６（ｂ）に示すように、レーザー光Ｒは光強度の弱い光を中心に低減されるが、ＬＥＤ光はその一部分（とくに、大部分）が低減されることとなる。即ち、ピンホール部材１３ｒによって、ＬＥＤ光の低減される割合は、レーザー光Ｒが低減される割合に比べて大きい。これにより、映像信号が赤色を要求する場合には、レーザー光Ｒは、ピンホール部材１３ｒがないときに比べても、不必要に暗くならず、映像信号が黒表示の場合には、発生するＬＥＤ光を低減する（暗くする）ことができる。よって、ＭＥＭＳミラー３０によって走査され、透過スクリーン４０に生成される表示画像Ｌの画質低下（コントラストの低下）を防ぐことができ、結果として、運転者に虚像Ｖとして視認される表示画像の画質低下を防ぐことができる。これは、特に、ピンホール１３０ｒがレーザー光の指向性をさらに高めているからでもある。

なお、図８において、ピンホール部材１３ｒは、ＬＤ１１ｒと当接するように表されているが、ＬＤ１１ｒと集光レンズ１２ｒの間に配置されるのであれば、その位置は任意である。ピンホール部材１３ｒが有するピンホール１３０ｒの径は、ＬＤ１１ｒ−ピンホール部材１３ｒ間の距離、レーザー光Ｒの発散角等の諸条件により適宜決定すればよい。

また、ＬＤ１１ｇとピンホール部材１３ｒ、ＬＤ１１ｂとピンホール部材１３ｂについても上記と同様に説明できる。

また、図８では、便宜上、ダイクロイックミラー１４及び１５、偏光フィルタ２０を省略している。

本実施形態に係るＨＵＤ装置１は、ピンホール部材１３を備えることにより、上記のように画質低下の原因（コントラストの低下の原因）となるＬＥＤ光の明るさを低減するが、ＨＵＤ装置１は、さらに偏光フィルタ２０を備える。これにより、さらにＬＥＤ光を低減することができる。以下では、偏光フィルタ２０の機能について説明する。

（偏光フィルタの機能について）
前述のように、合成レーザー光発生装置１０は、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂ各々の偏光方向が一致した合成レーザー光を出射する。また、偏光フィルタ２０は、その透過軸の向きが、合成レーザー光の偏光方向と略一致するように配置されている。

映像信号が所定の表示色（黒色以外）を要求する場合、ＬＤ１１は、制御部８０の制御の下、駆動電流を供給され、レーザー光を出射する。そして、合成レーザー光発生装置１０は、合成レーザー光を出射する。合成レーザー光が含むレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの各々は、程度の違いはあるが、概ね直線偏光であるため、これらのほとんどが偏光フィルタ２０を透過することができる。

一方、映像信号が黒表示を要求する場合、ＬＤ１１は、制御部８０の制御の下、閾値未満の電流を供給され、ＬＥＤ光を出射する。そして、合成レーザー光発生装置１０は、ＬＥＤ光を出射する。ＬＥＤ光はランダムな偏光方向を持つ無偏光の状態であるため、ＬＥＤ光のうち、偏光フィルタ２０の透過軸方向と平行な偏光方向を持つ光のみが透過し、その他の光は、反射又は吸収される。

このように、レーザー光のほとんどは偏光フィルタ２０を透過する一方、ＬＥＤ光は、偏光フィルタ２０の透過軸方向と平行な偏光方向の光しか透過できない。これにより、レーザー光については明るさを確保しつつ、ＬＥＤ光の明るさを低減することができる。

即ち、偏光フィルタ２０によれば、前述のピンホール部材１３により低減されたＬＥＤ光の明るさを、さらに低減することができる。よって、透過スクリーン４０に生成される表示画像Ｌの画質低下を防ぐことができ、結果として、運転者に虚像Ｖとして視認される表示画像の画質低下（コントラストの低下）を防ぐことができる。

本実施形態に係るＨＵＤ装置１は、上記のように、レーザー光の光路中に配設された偏光フィルタ２０とピンホールを有するピンホール部材１３を備える。これにより、本実施形態に係るＨＵＤ装置１は、各ＬＤ１１に閾値未満の電流が供給された場合に出射されるＬＥＤ光の明るさを低減することができ、レーザーの応答性を良くしても（つまり、黒表示において、閾値をわずかに下回る駆動電流が各ＬＤ１１に供給される場合でも）、表示コントラストが良くできる。

以上の実施形態では、ピンホール部材１３はＬＤ１１と集光光学系１２の間に位置し、偏光フィルタ２０は合成レーザー光発生装置１０とＭＥＭＳミラー３０の間に位置する構成であったが、ピンホール部材、偏光フィルタの位置はこれに限られずとも、画質低下の原因であるＬＥＤ光の明るさを低減することができる。以下に、これらの配置のコンビネーションの一例を示す。

２．第２実施形態
本発明の第２実施形態に係る表示装置を、図面を参照して説明する。本実施形態に係る表示装置を構成する各部、及び、車両における表示装置の搭載態様は、第１実施形態と同様であるが、ピンホール部材と偏光フィルタの配置等については第１実施形態と相違する。よって、第１実施形態と構成及びその配置が同様の各部については、同一の符合を付し、配置等が異なる部材については、対応する符合を付すとともに、以下では、その相違点を中心に説明をする。

本実施形態に係る表示装置は、ＨＵＤ装置２０１である。

ＨＵＤ装置２０１は、図９に示すように、合成レーザー光発生装置２１０と、ＭＥＭＳミラー３０と、ピンホール部材２１３と、偏光フィルタ２２０と、透過スクリーン４０と、反射部５０と、ハウジング６０と、を備える。

合成レーザー光発生装置２１０は、Ｒ，Ｇ，Ｂの三原色のレーザー光を合波して１本の合成レーザー光を出射する装置であり、図１０に示すように、ＬＤ１１と、集光光学系２１２と、ダイクロイックミラー１４及び１５と、を備える。

集光光学系２１２は、ＬＤ１１から出射されたレーザー光を集光し、ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々に対応する集光レンズ２１２ｒ，２１２ｇ，２１２ｂを備える。

集光レンズ２１２ｒは、ＬＤ１１ｒが出射するレーザー光Ｒの進行方向側に配置され、レーザー光Ｒを収束光にする。集光レンズ２１２ｒは、ＬＤ１１ｒから出射されるレーザー光Ｒのうち一部を透過スクリーン４０上に集光するようにレンズ設計されている。例えば、集光レンズ２１２ｒは、図１１の両端矢印に示すように、発散角２０°までのレーザー光を集光させるような性能を有している。集光レンズ２１２ｇとＬＤ１１ｇ、集光レンズ２１２ｂとＬＤ１１ｂについても同様である。

ダイクロイックミラー１４及び１５は、第１実施形態と同様に配設される。

合成レーザー光発生装置２１０は、上記の各部を備えることにより、ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々が出射したレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを１本のレーザー光に合波して、合成レーザー光を出射する。本実施形態に係るＨＵＤ装置２０１では、合成レーザー光発生装置２１０はピンホール部材を備えず、後述するように、合成レーザー光発生装置２１０が出射する光の光路の途中にピンホール部材２１３が配置される。なお、合成レーザー光発生装置２１０は、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂ各々の偏光方向が一致した合成レーザー光を出射する。

図９に戻って、ＭＥＭＳミラー３０は、合成レーザー光発生装置２１０が出射する光の進行方向側に配置される。ＭＥＭＳミラー３０は、合成レーザー光発生装置２１０が出射したＲ，Ｇ，Ｂ合成レーザー光を走査して、透過スクリーン４０の上面に表示画像Ｌを生成する。

ピンホール部材２１３は、合成レーザー光発生装置２１０から画質低下等の原因となるＬＥＤ光が出射された場合に、それを低減するために配置される。ピンホール部材２１３は、光を通過させるための所定の径のピンホール２１３０を有して形成される。

また、ピンホール部材２１３は、合成レーザー光発生装置２１０とＭＥＭＳミラー３０の間に位置し、そのピンホール２１３０が合成レーザー光発生装置２１０から出射されたＲ，Ｇ，Ｂ合成レーザー光を通過させるように配設されている。ピンホール２１３０の口径は、第１実施形態と同様に、合成レーザー光の一部（例えば、合成レーザー光のうち、合成レーザー光の中心を進む光を含む所定の割合以上の光）を通過させるが、ＬＥＤ光の一部を通過させないように、合成レーザー光発生装置２１０−ピンホール部材２１３間の距離、合成レーザー光の発散角等の諸条件を鑑みて適宜決定される。ここでは、特に、ピンホールは、レーザー光の指向性をさらに高める。

偏光フィルタ２２０は、ワイヤグリッド偏光フィルタ等から構成され、ＭＥＭＳミラー３０と透過スクリーン４０の間であって、ＭＥＭＳミラー３０が、合成レーザー光を走査して、出射する光が到達する位置に配置される。この偏光フィルタ２２０は、画質低下等の原因となるＬＥＤ光が出射された場合に、それを低減するために設けられる。

また、偏光フィルタ２２０は、有する透過軸の向きが、各々の偏光方向が一致して出射されるレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの偏光方向と略平行になるように配置される。なお、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの偏光方向、及び、偏光フィルタの透過軸の向きは、ウインドシールド３の反射率の偏光依存性を考慮して、決定される。

透過スクリーン４０は、ＭＥＭＳミラー３０から出射され、偏光フィルタ２２０を透過したレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを下面で受光して上面に表示画像Ｌを表示する。

平面ミラー５１と拡大ミラー５２を備える反射部５０、窓部６１を備えるハウジング６０の構成は、第１実施形態と同様である。

また、ＨＵＤ装置２０１が備える制御系統は、第１実施形態と同様である。

ＨＵＤ装置２０１は、このような構成からなり、運転者に虚像Ｖによって表示画像を示すが、特に、本実施形態においては、合成レーザー光発生装置２１０とＭＥＭＳミラー３０の間に位置するピンホール部材２１３、及び、ＭＥＭＳミラー３０と透過スクリーン４０の間に位置する偏光フィルタ２２０によって、虚像Ｖとして視認される画像の画質の低下を防止している。よって、以下では、本実施形態に特有のピンホール部材２１３、偏光フィルタ２２０の機能について詳細に説明する。

（ピンホールを有するピンホール部材の機能について）
映像信号が所定の表示色（黒色以外）を要求する場合、制御部８０の制御の下、ＬＤ１１に駆動電流が供給され、合成レーザー光発生装置２１０は合成レーザー光を出射する。ピンホール２１３０は合成レーザー光の少なくとも一部を通過し、集光光学系２１２は、前述のように、発散角２０°までのレーザー光を集光させるような集光レンズ２１２ｒ，２１２ｇ，２１２ｂで構成されているため、図１２に示すように、ほとんどの合成レーザー光は、ピンホール２１３０を通過する。なお、図１２では、図８と同様に、ＬＤが出射する光の経路等を概念的に表している。また、図１２では、代表して赤色について描かれているが、他の色についても同様である。

一方、映像信号が黒表示を要求する場合、各ＬＤ１１はＬＥＤ光を出射する。即ち、合成レーザー光発生装置２１０はＬＥＤ光を出射する。合成レーザー光発生装置２１０内の集光光学系２１２は、当然ＬＥＤ光も取り込むが、レーザー光よりも大きく発散したＬＥＤ光はレンズで屈折するものの、図１２に示すように、ピンホール部材２１３で遮断されるため、合成レーザー光発生装置２１０が出射したＬＥＤ光のうち、大部分の光は、ピンホール２１３０を通過することができない。

ピンホール部材２１３によれば、合成レーザー光は通過後に不必要に暗くならず、ＬＥＤ光を暗くすることができる。即ち、ピンホール部材２１３によって、ＬＥＤ光の明るさの低減される割合は、合成レーザー光の場合に比べて大きい。これにより、第１実施形態と同様に、結果として、運転者に虚像Ｖとして視認される表示画像の画質低下（コントラストの低下）を防ぐことができる。

なお、図１２において、ピンホール部材２１３は、合成レーザー光発生装置２１０の近傍に配置されているが、合成レーザー光発生装置２１０とＭＥＭＳミラー３０の間に配置されるのであれば、その位置は任意である。ピンホール部材２１３が有するピンホール２１３０の口径は、合成レーザー光発生装置２１０−ピンホール部材２１３間の距離、合成レーザー光の発散角等の諸条件により適宜決定すればよい。また、図１２では、便宜上、ダイクロイックミラー１４及び１５、偏光フィルタ２０を省略している。

（偏光フィルタの機能について）
前述のように、合成レーザー光発生装置２１０は、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂ各々の偏光方向が一致した合成レーザー光を出射する。そして、この合成レーザー光のうちピンホール２１３０を通過した光はＭＥＭＳミラー３０に到達し、ＭＥＭＳミラー３０により走査され、偏光フィルタ２２０に到達する。このように合成レーザー光発生装置２１０から出射され、偏光フィルタ２２０に到達するレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの変遷に差異はないため、偏光フィルタ２２０に到達するレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの各々の偏光方向は一致する。また、偏光フィルタ２２０は、その透過軸の向きが、ＭＥＭＳミラー３０で走査され、到達するレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの偏光方向と一致するように配置されている。

映像信号が所定の表示色を要求する場合、合成レーザー光発生装置２１０からの合成レーザー光が含むレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの各々は、程度の違いはあるが、概ね直線偏光であるため、これらのほとんどが偏光フィルタ２２０を透過することができる。

一方、映像信号が黒表示の場合、各ＬＤ１１に閾値電流未満の電流が供給され、ＬＤ１１はＬＥＤ光を出射、即ち、合成レーザー光発生装置２１０はＬＥＤ光を出射する。そして、出射されたＬＥＤ光は、ＭＥＭＳミラー３０に走査され、偏光フィルタ２２０に向かう。ＬＥＤ光はランダムな偏光方向を持つ無偏光の状態であるため、ＬＥＤ光のうち、偏光フィルタ２２０の透過軸方向と平行な偏光方向を持つ光のみが透過し、その他の光は、反射又は吸収される。

このように、レーザー光のほとんどは偏光フィルタ２２０を透過する一方、ＬＥＤ光は、偏光フィルタ２２０の透過軸方向と平行な偏光方向の光しか透過できない。これにより、映像信号がある場合には、偏光フィルタ２２０がない場合に比べ、遜色のない輝度を保ちつつ、映像信号が黒表示の場合には、ＬＥＤ光を低減することができる。これによって第１実施形態と同様に運転者に虚像Ｖとして視認される表示画像の画質低下を防ぐことができる。

本実施形態に係るＨＵＤ装置２０１は、上記のように、光路中に配設された偏光フィルタ２２０とピンホール２１３０を有するピンホール部材２１３を備える。これにより、ＬＥＤ光の明るさを低減することができ、第１実施形態と同様の効果が得られる。

３．変形例
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。以下に変形の例を示す。

以上の実施形態において、ピンホールを有するピンホール部材の位置は、ＬＤ−集光レンズ間、又は、合成レーザー光発生装置−ＭＥＭＳミラー間に配置する例を示したが、これに限られない。ピンホールを有したピンホール部材は、ＬＤ−ＭＥＭＳミラー間にあれば、黒表示の場合のＬＥＤ光の明るさを低減することができる。そして、その位置はレーザー光の発散角とレーザー光の出射点からピンホール部材の距離等を鑑みることにより、適宜決定すればよい。なお、ピンホール部材は、合成レーザー光発生装置よりも後段に配置した場合（例えば、第２実施形態）、ピンホール部材は１つでよいため、ＨＵＤ装置は簡単な構成になり、生産コスト等を抑えることができる。また、偏光フィルタの位置は、合成レーザー光発生装置−反射部の間に配置される例を示したが、これに限られない。偏光フィルタは、光源（ＬＤ）から出射される光（反射、走査、透過等されたレーザー光も含まれる。）の経路上（ＬＤ１１から出射されるレーザー光に位置し、且つ、レーザー光の偏光方向とその透過軸が平行になるように配置されればよいので、ＨＵＤ装置内の光路上であれば、様々な配置が考えられる。

また、以上の実施形態において、ＨＵＤ装置は、ピンホールを有するピンホール部材、偏光フィルタの双方を備えたが、これに限られない。以上の実施形態で両者の機能について詳細に述べたように、ピンホール部材又は偏光フィルタの一方だけであっても、黒表示の場合のＬＥＤ光の明るさを低減することができる。よって、ＨＵＤ装置の構造上の要請や、期待するＬＥＤ光の低減効果等に応じて、これらの一方だけ配置してもよい。例えば、ＨＵＤ装置がピンホールを有するピンホール部材のみを備え、ＨＵＤ装置の外部部材として偏光フィルタを設置する、ということも考えられる。この場合、外部部材である偏光フィルタは、ＨＵＤ装置の表示光が出射される窓部上に、オプションとして設置されればよい。

また、以上の実施形態において、ピンホールを有したピンホール部材のほうが偏光フィルタよりも光源の近くに配置されたが、これに限られない。偏光フィルタのほうがピンホール部材よりも光源の近くに配置されてもよい。

つまり、ピンホール部材はＬＤ−ＭＥＭＳミラー間、偏光フィルタは光源（ＬＤ）から出射される光の光路上、に設置されるという条件を満たしさえすれば、その配置箇所は任意である。また、ピンホール部材、偏光フィルタの両者を必ずしも同時に設置する必要はなく、一方のみ設置してもよいし、その数量も、目的に応じて任意である。

また、以上の実施形態においては、３つのＬＤが配設され、これらは各々、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを出射するものとしたが、これに限られない。表示画像は、モノクロ画像であってもよいので、ＬＤは１つでもよい。ＬＤが一つの場合、ピンホールを有するピンホール部材は、ＬＤに対応して一つ設ければよい。

また、以上の実施形態では、ＨＵＤ装置が搭載される乗り物の一例を車両としたが、これに限られない。ＨＵＤ装置を自動車、オートバイ、建設機械、農耕機械、船舶、雪上バイク等に搭載することも可能である。

また、反射部５０は、平面ミラー５１、拡大ミラー５２の２枚の鏡から構成されたが、これに限られない、反射部５０を構成する鏡の形状・枚数は目的に応じて任意である。

なお、本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、実施形態及び図面に変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

１ ＨＵＤ装置
２ 車両
３ ウインドシールド

１０ 合成レーザー光発生装置
１１ ＬＤ
１１ｒ， １１ｇ， １１ｂ ＬＤ
１２ 集光光学系
１２ｒ， １２ｇ， １２ｂ 集光レンズ
１３ ピンホール部材
１３ｒ， １３ｇ， １３ｂ ピンホール部材
１３０ｒ，１３０ｇ，１３０ｂ ピンホール
１４ ダイクロイックミラー
１５ ダイクロイックミラー
２０ 偏光フィルタ
３０ ＭＥＭＳミラー
４０ 透過スクリーン
５０ 反射部
５１ 平面ミラー
５２ 拡大ミラー
６０ ハウジング
６１ 窓部
７０ 可視光検出部
７１ カラーセンサ
７２ 可視光検出用マイコン
８０ 制御部
８１ ＡＳＩＣ
８２ 出力制御部
９０ ミラードライバ

２０１ ＨＵＤ装置
２１０ 合成レーザー光発生装置
２１２ 集光光学系
２１２ｒ，２１２ｇ，２１２ｂ 集光レンズ
２１３ ピンホール部材
２１３０ ピンホール
２２０ 偏光フィルタ

Ｒ 赤色レーザー光
Ｇ 緑色レーザー光
Ｂ 青色レーザー光
Ｌ 表示画像
Ｖ 虚像

Claims (9)

1. レーザー光を出射する半導体レーザーと、
   前記半導体レーザーが出射した前記レーザー光が到達し、到達した前記レーザー光を走査する走査部と、
   前記走査部で走査された前記レーザー光に基づいて表示画像を表示する表示部と、
   前記半導体レーザーと前記走査部との間に配置され、前記レーザー光の少なくとも一部が通過するピンホールが形成されたピンホール部材と、
   を備えることを特徴とする表示装置。
2. 前記ピンホールは、前記レーザー光の指向性を高める、
   ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記半導体レーザーは、駆動電流が閾値以上であるときに前記レーザー光を出射し、前記駆動電流が閾値未満であるときに前記レーザー光でない光を出射し、
   前記ピンホールは、前記レーザー光でない光の一部を透過させない、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記半導体レーザーが出射した前記レーザー光の光路上に位置し、透過軸に平行な偏光方向の光を透過させる偏光フィルタをさらに備え、
   前記偏光フィルタは、前記透過軸の方向と前記レーザー光の偏光方向とが略平行になるように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
5. レーザー光を出射する半導体レーザーと、
   前記半導体レーザーが出射した前記レーザー光が到達し、到達した前記レーザー光を走査する走査部と、
   前記走査部で走査された前記レーザー光に基づいて表示画像を表示する表示部と、
   前記半導体レーザーが出射した前記レーザー光の光路上に位置し、透過軸に平行な偏光方向の光を透過させる偏光フィルタと、備え、
   前記偏光フィルタは、前記透過軸の方向と前記レーザー光の偏光方向とが略平行になるように配置されている、
   ことを特徴とする表示装置。
6. 前記表示装置は、前記半導体レーザーの駆動電流を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記表示画像について黒色表示する際に、前記半導体レーザーにレーザー発振をさせるための駆動電流の値である閾値よりも小さい値であって、ゼロより大きい値の駆動電流を前記半導体レーザーに供給する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の表示装置。
7. 前記表示部は、透過性を有する面体であり、レーザー光が到達した面と反対側の面に前記表示画像を表示し、
   前記表示装置は、前記表示部を透過した、前記表示画像を表す表示光が到達し、光を反射する反射部をさらに備え、前記反射部で反射された光によって前記表示画像の虚像を結ぶ、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の表示装置。
8. 前記反射部は、１又は複数の反射面を有し、
   前記反射面は、前記表示光が到達する位置に配置され、
   前記反射面で反射された表示光が透明板によってさらに反射されることによって前記表示画像の虚像を結ぶ、
   ことを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
9. 前記表示装置は、乗り物に搭載される、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の表示装置。

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