JP2014197044A - プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ装置及びプロジェクタの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の波長変化が生じても、ホワイトバランスなど所定の色状態を維持することが可能なプロジェクタ及びＨＵＤ装置を提供する。【解決手段】本発明に係るプロジェクタ１０は、互いに異なる色成分のレーザ光を出射する複数のレーザ光源１１１〜１１３と、当該レーザ光源から出射されたレーザ光の第１の回折光の照射位置を検出する第１のレーザ光検出器１４１Ａ、及び、当該レーザ光の第２の回折光の照射位置を検出する第２のレーザ光検出器１４１Ｂを有するレーザ光検出部１４と、第１の回折光の照射位置の変位に基づいて当該レーザ光の光軸変化量を抽出し、当該光軸変化量と第２の回折光の照射位置の変位とに基づいて当該レーザ光の波長変化量を抽出し、抽出された波長変化量に基づいて複数のレーザ光源の出力比を調整する制御部１３とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、色成分の異なる複数のレーザ光を合成してカラー画像を投影するプロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ装置及びプロジェクタの制御方法に関する。

近年、例えばレーザプロジェクタに代表されるように、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のレーザ光を合成して投射面に投影することにより、当該投射面上にカラー画像を表示する各種の画像表示装置が実用化されている。このような画像表示装置では、高い色再現性をもってカラー画像を投影表示するために、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色レーザ光が合成された光線の色状態を所定の状態に保つ必要がある。典型的には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色レーザ光が合成された光線について、ホワイトバランスが調整される。

特許文献１には、ホワイトバランスの調整が可能な投写型画像表示装置が開示されている。具体的には、白色合成された光束の一部を、カラーフィルタを介してフォトセンサに入射させることにより得られた、Ｒ、Ｇ 、Ｂの各色光量を示す出力信号と、ホワイトバランスが調整された場合のＲ、Ｇ 、Ｂ の各色光量を示す信号とを比較し、その差が小さくなるように各光源の駆動ゲインを変化させる。これにより、白色の色度及び輝度が一定に保たれて、安定したホワイトバランスを得ることが可能であるとしている。

特開２００８−３２７０号公報

カラー画像を投影する投写型画像表示装置において、ホワイトバランスを崩す原因として、光源の出力光量の変化、及び、光源の出力波長の変化が挙げられる。すなわち、ホワイトバランスがとれる状態は、各色成分の光の波長に対して、それらの光量（すなわち、各光源の出力）が所定となる状態であり、光源の出力波長が変動した場合にもホワイトバランスが崩れてしまう。

しかしながら、特許文献１に開示された投写型画像表示装置では、カラーフィルタによりＲ、Ｇ、Ｂに対応する波長を限定しており、上記比較による差が、光源の出力光量の変化、または、光源の波長の変化のいずれによるものか区別できない。

ここで、投写型画像表示装置では、各色成分のレーザ光源としてＬＤ（レーザダイオード）等が用いられるが、このようなレーザ光源素子は、温度の変化により出力波長が変動する。特に、投写型画像表示装置は、様々な環境で使用されレーザ光源以外にも発熱する部品が設けられる等の事情があることから、レーザ光源は温度変化に曝らされ、その出力レーザ光の波長が変化する。すなわち、投写型画像表示装置は、温度変化による各色レーザ光の波長変化により、レーザ光のホワイトバランスが崩れてしまうという課題を有している。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、レーザ光の波長変化が生じても、ホワイトバランスなど所定の色状態を維持することが可能なプロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ装置及びプロジェクタの制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るプロジェクタは、互いに異なる色成分のレーザ光を出射する複数のレーザ光源と、前記複数のレーザ光源から出力された複数の前記レーザ光を合成する合成部と、前記合成部で合成された合成レーザ光を走査することにより投影面に画像を投影するレーザ光走査部と、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光の第１の回折光の照射位置を検出する第１のレーザ光検出器、及び、前記第１の回折光と異なる、前記レーザ光の第２の回折光の照射位置を検出する第２のレーザ光検出器を有するレーザ光検出部と、前記第１の回折光の照射位置の変位に基づいて前記レーザ光の光軸変化量を抽出し、当該光軸変化量と前記第２の回折光の照射位置の変位とに基づいて前記レーザ光の波長変化量を抽出し、前記合成レーザ光が所定の色状態となるよう、前記波長変化量に基づいて前記複数のレーザ光源の出力比を調整する制御部とを備える。

本態様によれば、経年劣化、温度の変動などの原因で、レーザ光源から出力される各色レーザ光の光軸及び波長がずれた場合であっても、レーザ光検出部が有する第１及び第２のレーザ光検出器で検出された回折光の照射位置に基づいて、制御部が波長変化量を高精度に抽出する。そして、制御部は、抽出した波長変化量から、所定の色状態が維持されるレーザ光源の出力比を調整する。これにより、経年劣化及び温度変化などにより、レーザ光の波長変化が生じても、合成レーザ光をホワイトバランス調整状態など所定の色状態に維持することが可能となる。

例えば、本発明の一態様に係るプロジェクタにおいて、前記レーザ光検出部は、さらに、前記合成部と前記第１のレーザ光検出器及び前記第２のレーザ光検出器との間に配置され、レーザ光の波長に応じて当該レーザ光の進行方向を変化させる回折素子を備えるように構成してもよい。

本態様によれば、レーザ光の波長に応じて回折光の照射位置が変化するので、制御部は、第１及び第２の回折光の照射位置の変位により波長変化量を抽出することが可能となる。

例えば、本発明の一態様に係るプロジェクタにおいて、前記第１のレーザ光検出器により検出される前記第１の回折光の照射位置は、前記レーザ光の光軸変化により変化し、前記第２のレーザ光検出器により検出される前記第２の回折光の照射位置は、前記レーザ光の光軸変化及び前記レーザ光の波長変化の少なくとも一方により変化するように構成してもよい。

本態様によれば、制御部は、第２の回折光の照射位置の変化に含まれるレーザ光の光軸変化成分及び波長変化成分から、第１の回折光の照射位置の変化分に含まれるレーザ光の光軸変化成分を除外して、レーザ光の波長変化成分のみを抽出することが可能となる。

例えば、本発明の一態様に係るプロジェクタにおいて、前記第１のレーザ光検出器は、前記第１の回折光の前記照射位置が変化する方向に沿って配置された２以上の第１受光素子を有し、前記第２のレーザ光検出器は、前記第２の回折光の前記照射位置が変化する方向に沿って配置された２以上の第２受光素子を有し、前記制御部は、前記２以上の第１受光素子間における受光量の比率変化に基づいて前記第１の回折光の照射位置の変位を算出し、前記２以上の第２受光素子間における受光量の比率変化に基づいて前記第２の回折光の照射位置の変位を算出するように構成してもよい。

本態様によれば、レーザ光検出器には、回折光の照射位置が変化する方向に沿って２以上の受光素子が配置されるので、制御部は、受光素子の簡単な１次元配置により回折光の照射位置の変位を算出することが可能となる。

例えば、本発明の一態様に係るプロジェクタにおいて、前記２以上の第１受光素子は、前記レーザ光源から出力されたレーザ光のうち０次回折光の照射位置を検出するよう配置され、前記２以上の第２受光素子は、前記レーザ光源から出力されたレーザ光のうち１次回折光の照射位置を検出するよう配置されているように構成してもよい。

本態様によれば、０次回折光は、波長変化によりレーザ光の進行方向を変化させず、光軸変化によりレーザ光の進行方向を変化させる。一方、１次回折光は、波長変化及び光軸変化のいずれによってもレーザ光の進行方向を変化させる。これにより、２以上の第１受光素子間の受光量の比率、及び、２以上の第２受光素子間の受光量の比率から、レーザ光の波長変化成分のみを抽出することが可能となる。

例えば、本発明の一態様に係るプロジェクタにおいて、前記第１のレーザ光検出器は、隣接する２つの前記第１受光素子で構成され、前記２つの第１受光素子は、初期状態において前記０次回折光が前記２つの第１受光素子の中間位置に集光されるよう配置され、前記第２のレーザ光検出器は、隣接する２つの前記第２受光素子で構成され、前記２つの第２受光素子は、初期状態において前記１次回折光が前記２つの第２受光素子の中間位置に集光されるよう配置されているように構成してもよい。

本態様によれば、隣接する２つの受光素子により回折光の照射位置の変位が検出されるので、レーザ光検出部の構成をより簡素化できる。

また、本発明の一態様に係るプロジェクタにおいて、前記所定の色状態は、前記合成レーザ光のホワイトバランスがとれた状態であり、前記制御部は、前記合成レーザ光のホワイトバランスがとれるように、抽出された前記波長変化量に基づいて前記複数のレーザ光源の出力比を調整するように構成してもよい。

本態様によれば、合成レーザ光のホワイトバランスを安定して維持することが可能となる。

なお、本発明は、このような特徴的な制御部を備えるプロジェクタとして実現することができるだけでなく、当該プロジェクタを備えるヘッドアップディスプレイ装置として実現することができる。

また、本発明は、このような特徴的な制御部を備えるプロジェクタとして実現することができるだけでなく、プロジェクタに含まれる特徴的な制御部が実行する処理をステップとするプロジェクタの制御方法として実現することができる。

本発明の一態様に係るプロジェクタによれば、経年劣化及び温度変化などによりレーザ光の波長変化及び光軸変化が生じても、波長変化量のみを抽出して各色レーザ光の合成光をホワイトバランス調整状態など所定の色状態に維持することが可能となる。

実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の一実施例を示す図である。 実施の形態に係るＨＵＤ装置をカーナビゲーションとして使用した場合の表示例を示す図である。 実施の形態に係るプロジェクタ及びＨＵＤ装置のブロック構成図である。 実施の形態に係るレーザ光検出器の配置構成を表す概略図である。 ホワイトバランスがとれるレーザ光波長と出力との関係を説明する図である。 実施の形態に係るプロジェクタのホワイトバランス調整方法を説明するフローチャートである。 各色レーザ光の波長を算出するプロセスの一例を説明するグラフである。 各色レーザ光波長から出力比を演算する処理を説明する図である。 各色レーザ光波長から出力比を演算する処理を説明する色度図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

（実施の形態）
［ヘッドアップディスプレイ装置の構成］
図１Ａは、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と記す。）の一実施例を示す図である。同図に示されたＨＵＤ装置１は、例えば、自動車５０などの輸送用機器に内蔵（搭載）される。ＨＵＤ装置１は、情報を含んだ画像を投影するプロジェクタ１０と、ユーザの視線の前方に配置される透明表示板２０（フロントガラス）とを含んでいる。プロジェクタ１０は、例えば、自動車５０のダッシュボード内部に設置されている。プロジェクタ１０から投影された画像は、自動車５０の透明表示板２０（フロントガラス）に設けられたコンバイナで運転者に向けて反射される。

図１Ｂは、実施の形態に係るＨＵＤ装置をカーナビゲーションとして使用した場合の表示例を示す図である。同図には、カーナビゲーションに関する情報（たとえば、目的地への経路情報）などが透明表示板２０に表示されている。具体的には、現在地から１．０ｋｍ先の地点で、道路が大阪方面の経路と神戸方面の経路に分岐する情報６１および６２が示されている。また、情報６１および６２は、透明表示板２０の表示領域６０に表示されている。また、上記情報は、ユーザ（運転者）の視線に対応する透明表示板２０の位置に表示される。ＨＵＤ装置１は、車両製造時に自動車５０に取り付けられる。

図２は、実施の形態に係るプロジェクタ及びＨＵＤ装置のブロック構成図である。同図に示されたＨＵＤ装置１は、プロジェクタ１０と透明表示板２０とを備える。プロジェクタ１０は、レーザ光発生部１１と、レーザ光走査部１２と、レーザ光発生部１１及びレーザ光走査部１２を制御する制御部１３と、レーザ光検出部１４とを備える。プロジェクタ１０は、上記の構成要素を機能させることにより、映像信号を反映したレーザ光をレーザ光発生部１１から発生させ、発生したレーザ光をレーザ光走査部１２で走査して透明表示板２０に画像を投影する。

［プロジェクタの構成］
以下、プロジェクタ１０に含まれる各構成要素の機能を詳細に説明する。

レーザ光発生部１１は、３つのレーザ光源１１１、１１２及び１１３と、ダイクロイックミラー１１４及び１１５と、レンズ１１６、１１７及び１１８とで構成され、透明表示板２０上における画像形成用のための画像情報を反映したレーザ光を発生する。

レーザ光源１１１〜１１３は、互いに色成分の異なるレーザ光を出力するレーザダイオード（ＬＤ）であり、光源駆動部１３５から個別に供給される駆動電流により互いに独立して駆動され、単色成分のレーザ光を出力する。これにより、例えば、レーザ光源１１１からは赤色成分（Ｒ）、レーザ光源１１２からは緑色成分（Ｇ）、レーザ光源１１３からは青色成分（Ｂ）といったように、特定の波長の単色成分レーザ光が出射される。

ダイクロイックミラー１１４及び１１５は、特定波長のレーザ光のみを透過し、それ以外を反射することで、レーザ光源１１１〜１１３から出射された各色成分のレーザ光を合成する。具体的には、レーザ光源１１１及び１１２から出射された赤色成分および緑色成分のレーザ光は、光路上流側のダイクロイックミラー１１４において合成された上で、光路下流側のダイクロイックミラー１１５に出射される。この出射された合成光は、ダイクロイックミラー１１５においてレーザ光源１１３から出射された青色成分のレーザ光と更に合成され、目標となる最終的なカラー光としてレーザ光走査部１２へ出射される。ダイクロイックミラー１１４及び１１５と、レンズ１１６、１１７及び１１８とは、複数のレーザ光源１１１〜１１３から出力された複数のレーザ光を合成する合成部を構成している。

レーザ光走査部１２は、走査ミラーを備え、上記合成部で合成された合成レーザ光を走査することにより、投影面である透明表示板２０に画像を投影する。本実施の形態では、走査ミラーとして、小型化、低消費電力化及び処理の高速化などで有利なＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）型の走査ミラーを用いている。走査ミラーは、走査制御部１３２から駆動信号が入力される走査駆動部１３３により水平方向（Ｘ）及び垂直方向（Ｙ）で走査変位される。

映像処理部１３１は、パーソナルコンピュータ等の外部から入力された映像信号に基づいて、所定の時間間隔で映像データを光源制御部１３４に送信する。これにより、光源制御部１３４は、所定の走査位置における画素情報を得る。

光源制御部１３４は、上記画素情報に基づいて投影範囲に複数の画素からなる映像を投影するために、駆動電流波形信号により光源駆動部１３５を制御する。本実施の形態では、光源制御部１３４は、後述するように、レーザ光検出器１４１による検出結果に基づいて、ホワイトバランスがとれるように光源駆動部１３５を介して各レーザ光源１１１〜１１３の出力を制御する。また、光源制御部１３４は、後述するように、全てのレーザ光源１１１〜１１３を駆動して３つの色成分の合成光による画像表示中に、レーザ光源１１１〜１１３のうちいずれかのレーザ光源からレーザ光を出力させ、その他のレーザ光源からレーザ光出力を停止させるモードを、投影画像の１フレーム毎又は数フレーム毎に実行する。すなわち、合成光による画像表示中に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各単色成分のレーザ光がそれぞれ短時間出力される。

光源駆動部１３５は、光源制御部１３４による制御に基づいて、各レーザ光源１１１〜１１３を駆動して発光させる。各レーザ光源１１１〜１１３は、光源駆動部１３５から発振しきい値電流以上の電流が供給された場合にレーザ光を発光出力し、供給される電流値が大きくなるに従い出力（光量）の大きいレーザ光を出力する。また、各レーザ光源１１１〜１１３は、発振しきい値電流未満の電流が供給された場合には、レーザ光の出力を停止する。

映像処理部１３１、走査制御部１３２、走査駆動部１３３、光源制御部１３４及び光源駆動部１３５は、所定の色状態を維持した合成レーザ光をレーザ光走査部に出力するための制御部を構成する。

レーザ光検出部１４は、レーザ光検出器１４１と、集光レンズ１４２と、回折素子１４３とを備える。レーザ光検出器１４１は、レーザ光源１１１〜１１３から出射された各色レーザ光の第１の回折光の照射位置を検出する第１のレーザ光検出器１４１Ａ、及び、上記第１の回折光と異なる、各色レーザ光の第２の回折光の照射位置を検出する第２のレーザ光検出器１４１Ｂを有する。以下、本実施の形態に係るレーザ光検出部１４の構成について具体的に説明する。

［レーザ光検出部の構成］
回折素子１４３及び集光レンズ１４２は、合成部とレーザ光検出器１４１との間の分岐光路上に配置され、レーザ光の波長に応じて当該レーザ光の進行方向を変化させる。回折素子１４３は、例えば、入射するレーザ光の波長に依存して回折角を変化させる。例えば、０次回折光では、波長が変化しても進行方向は変化しない（回折しない）が、１次回折光では、波長の変化により進行方向（回折角）が変化する。上記レーザ光検出部１４の構成により、制御部１３は、第１及び第２の回折光の照射位置の変位により波長変化量を抽出することが可能となる。

レーザ光検出器１４１は、レーザ光源１１１〜１１３のそれぞれから出射されるレーザ光の光量を分岐光路上で検出する複数の受光素子を有している。以下、レーザ光検出器１４１における受光素子の配置構成について、図３を用いて具体的に説明する。

図３は、実施の形態に係るレーザ光検出器の配置構成を表す概略図である。同図に示されるレーザ光検出器１４１は、第１受光素子Ａ及びＢと、第２受光素子Ｄ及びＥとを含んでいる。第１受光素子Ａ及びＢと第２受光素子Ｄ及びＥとは、上記分岐光路に対して垂直な面上に配置されている。第１受光素子Ａ及びＢは、例えば、初期状態において、第１の回折光である０次回折光のレーザ光が同じ受光量で照射されるよう隣接配置され、第１のレーザ光検出器１４１Ａを構成している。第２受光素子Ｄ及びＥは、例えば、初期状態において、第２の回折光である１次回折光のレーザ光が同じ受光量で照射されるよう隣接配置され、第２のレーザ光検出器１４１Ｂを構成している。つまり、第１のレーザ光検出器１４１Ａは、第１の回折光の照射位置が変化する方向に沿って配置された第１受光素子Ａ及びＢを有し、第１受光素子Ａ及びＢは、初期状態において第１の回折光が第１受光素子ＡとＢとの中間位置に集光されるよう配置されている。一方、第２のレーザ光検出器１４１Ｂは、第２の回折光の照射位置が変化する方向に沿って配置された第２受光素子Ｄ及びＥを有し、第２受光素子Ｄ及びＥは、初期状態において第２の回折光が第２受光素子ＤとＥとの中間位置に集光されるよう配置されている。

上記初期状態における０次回折光及び１次回折光の集光位置を原点とし、０次回折光の集光位置が変化した場合には、第１受光素子ＡとＢとの受光量比率が変化し、１次回折光の集光位置が変化した場合には、第２受光素子ＤとＥとの受光量比率が変化する。光源制御部１３４は、第１受光素子ＡとＢとの間における受光量の比率変化に基づいて０次回折光の照射位置の変位を算出し、第２受光素子ＤとＥとの間における受光量の比率変化に基づいて１次回折光の照射位置の変位を算出する。これにより、第１のレーザ光検出器１４１Ａ及び第２のレーザ光検出器１４１Ｂには、それぞれ、回折光の照射位置が変化する方向に沿って２つの受光素子が配置されるので、制御部１３は、当該受光素子の簡単な１次元配置により回折光の照射位置の変位を算出することが可能となる。また、隣接する２つの受光素子により回折光の照射位置の変位が検出されるので、レーザ光検出部の構成をより簡素化できる。

上記のようなレーザ光検出器１４１の構成において、以下のようなレーザ光照射の変化態様が想定される。

まず、第１の変化態様として、レーザ光の波長のみが変化した場合、０次回折光は回折角を変化させないので、波長変化により第１のレーザ光検出器１４１Ａにおけるレーザ光の集光位置は変化しない。一方、１次回折光は波長により回折角が変化し、第２のレーザ光検出器１４１Ｂにおけるレーザ光の集光位置は変化する。この結果、第１受光素子ＡとＢとの受光量の比率（以下、第１受光量比率Ａ−Ｂと記す）は０であり、第２受光素子ＤとＥとの受光量の比率（以下、第２受光量比率Ｄ−Ｅと記す）は、例えば負の値を示す。

次に、第２の変化態様として、レーザ光の光軸のみが変化した場合、回折素子１４３の配置に関係なく、０次回折光及び１次回折光ともに同じように集光位置は変化する。この結果、第１受光量比率Ａ−Ｂ及び第２受光量比率Ｄ−Ｅの双方ともに、例えば同じ負の値（−Ｘ）を示す。

次に、第３の変化態様として、レーザ光の波長及び光軸の双方が変化した場合、０次回折光は回折しないが、光軸変化の分だけ第１のレーザ光検出器１４１Ａにおけるレーザ光の集光位置は変化する。一方、１次回折光は波長により回折角が変化し、さらに、光軸変化にも対応して第２のレーザ光検出器１４１Ｂにおけるレーザ光の集光位置は変化する。この結果、第１受光量比率Ａ−Ｂは、例えば負の値（−Ｙ）であり、第２受光量比率Ｄ−Ｅも、例えば負の値（−Ｙ−Ｚ）を示す。

以上の変化態様をまとめると、第１のレーザ光検出器１４１Ａにより検出される０次回折光の照射位置は、レーザ光の光軸変化により変化する。一方、第２のレーザ光検出器１４１Ｂにより検出される１次回折光の照射位置は、レーザ光の光軸変化及びレーザ光の波長変化の少なくとも一方により変化する。これにより、制御部１３は、１次回折光の照射位置の変化に含まれるレーザ光の光軸変化成分及び波長変化成分から、０次回折光の照射位置の変化分に含まれるレーザ光の光軸変化成分を除外して、レーザ光の波長変化成分のみを抽出することが可能となる。

［レーザ光源の出力制御］
以下、上記構成を有するプロジェクタ１０におけるレーザ光源の出力制御について説明する。

図４は、ホワイトバランスがとれるレーザ光波長と出力（パワー）比との関係を説明する図である。同図において、図４の（ａ）は、レーザ光源１１１〜１１３から出射される波長の設計値と当該設計値に対応する出力比との関係を示している。すなわち、上記設計値の波長の場合には、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝２．２５：１．６４：０．８７の出力比で各色レーザを出力させると白色が実現される。

これに対し、温度変化により波長が図４の（ｂ）の出力例１や図４の（ｃ）の出力例２のように変化すると、出力比率を変えなければ白色表示を実現できない。

例えば、出力例１では、波長が４５０ｎｍ（青色）のレーザ光出力比が０．８０であり、波長が５０５ｎｍ（緑色）のレーザ光出力比が１．９５であり、波長が６３８ｎｍ（赤色）のレーザ光の出力比が２．３７である場合、これらの単色レーザ光の合成光はホワイトバランスがとれることを示している。

また、出力例２では、波長が４６０ｎｍ（青色）のレーザ光の出力比が０．７５であり、波長が５０５ｎｍ（緑色）のレーザ光の出力比が２．２７であり、波長が６３２ｎｍ（赤色）のレーザ光出力比が２．０１である場合、これらの単色レーザ光の合成光はホワイトバランスがとれることを示している。

従来では、レーザ光の光量変化を検出することで、波長の変化分を抽出せずにレーザ光出力を調整している。そのため、上記光量変化を検出しても、単に光量が変化したので元の出力比に戻せばよいのか、波長の変化により光量が変化したので当該波長の変化に基づき出力比を変えればよいのかの区別がつかない。そのため、正確なパワー調整が実現されず、目標のホワイトバランスに到達できないといった問題を有していた。

これに対して、本発明の実施の形態に係る光源制御部１３４は、レーザ光源１１１〜１１３から出射される各色レーザ光の波長を正確に算出することにより、当該算出された波長にてホワイトバランスがとられる各色レーザ光出力比を算出し、レーザ光源１１１〜１１３の出力を制御するものである。これにより、温度変化などによりレーザ光の波長変化が生じても、合成光をホワイトバランス調整状態など所定の色状態に維持することが可能となる。

以下、レーザ光検出部１４で計測された受光量から各色レーザ光の波長を算出し、当該算出された波長から各色レーザ光の出力比を調整する例を示す。

図５は、実施の形態に係るプロジェクタのホワイトバランス調整方法を説明するフローチャートである。また、図６は、緑色レーザ光の波長を算出するプロセスの一例を説明するグラフである。本例は、緑色のレーザ光源１１２から出射されるレーザ光の波長を算出する例であり、他色のレーザ光源１１１及び１１３から出射されるレーザ光の波長を算出する場合も、本例と同様のプロセスにより算出される。

図６のグラフ１は、第１のレーザ光検出器１４１Ａにおける第１受光量比率Ａ−Ｂと光軸変化との関係を表すグラフである。図６のグラフ２は、光軸変化のみ発生した場合の、第２のレーザ光検出器１４１Ｂにおける第２受光量比率Ｄ−Ｅと光軸変化との関係を表すグラフである。図６のグラフ３は、波長変化のみ発生した場合の、第２のレーザ光検出器１４１Ｂにおける第２受光量比率Ｄ−Ｅと波長変化との関係を表すグラフである。なお、プロジェクタ１０は、グラフ１〜グラフ３に対応したデータを、例えば、プロジェクタ１０内のメモリに予め格納している。

光源制御部１３４は、調整すべきレーザ光源として、緑色のレーザ光源１１２を選択する（Ｓ０１）。

次に、第１のレーザ光検出器１４１Ａにより、第１受光量比率Ａ−Ｂとして２００（ａ．ｕ．）が計測され、第２のレーザ光検出器１４１Ｂにより、第２受光量比率Ｄ−Ｅとして１６０（ａ．ｕ．）が計測されたとする（Ｓ０２）。ステップＳ０２は、レーザ光の０次回折光と１次回折光の照射位置を検出する検出ステップである。

次に、光源制御部１３４は、グラフ１を参照し、第１受光量比率Ａ−Ｂが２００（ａ．ｕ．）である場合の光軸変化として２．０３（ｍｉｎ）を取得する（Ｓ０３）。ステップＳ０３は、０次回折光の照射位置の変位に基づいてレーザ光の光軸変化量を抽出する光軸変化抽出ステップである。

次に、光源制御部１３４は、グラフ２を参照し、光軸変化が２．０３（ｍｉｎ）である場合の第２受光量比率Ｄ−Ｅとして９５．２（ａ．ｕ．）を取得する。

次に、光源制御部１３４は、グラフ３を参照し、第２受光量比率Ｄ−Ｅが９５．２（ａ．ｕ．）である場合の波長変化が２．２１（ｎｍ）であることを取得する。同時に、光源制御部１３４は、グラフ３を参照し、第２受光量比率Ｄ−Ｅが１６０（ａ．ｕ．）である場合の波長変化が３．８２（ｎｍ）であることを取得する。

次に、光源制御部１３４は、第２受光量比率Ｄ−Ｅが全て波長変化によるものと仮定した場合の上記波長変化３．８２（ｎｍ）から、第２受光量比率Ｄ−Ｅにおいて光軸変化に相当する上記波長変化２．２１（ｎｍ）を減算することにより、真の波長変化量１．６１（ｎｍ）を算出する（Ｓ０４）。ステップＳ０４は、光軸変化量と１次回折光の照射位置の変位とに基づいてレーザ光の波長変化量を抽出する波長変化抽出ステップである。

光源制御部１３４は、以上の波長変化算出プロセスを、赤色レーザ光及び青色レーザ光のそれぞれについても実行し、レーザ光源１１１〜１１３から出射されるレーザ光の変化後の波長を算出する（Ｓ０５）。

次に、光源制御部１３４は、算出された各色レーザ光の変化波長に基づいて、以下に示す一般的な計算プロセスにより各色レーザ光の出力比を求める（Ｓ０６）。ステップＳ０６は、複数のレーザ光が合成された合成レーザ光が所定の色状態となるよう、抽出された波長変化量に基づいて複数のレーザ光の出力比を調整する出力調整ステップである。

ここでは、算出されたＲＧＢの各レーザ光波長が、Ｒ：６３７ｎｍ、Ｇ：５１０ｎｍ、Ｂ：４４５ｎｍであると仮定し、このレーザ光波長においてホワイトバランスがとれるＲＧＢ出力比をａ：ｂ：ｃとして演算する場合を例示して説明する。

図７は、各色レーザ光波長から出力比を演算する処理を説明する図である。同図に示すように、等色関数（本例では、ＣＩＥ１９３１（１９３１年国際証明委員会））とレーザ光源の分光感度であるＲＧＢ比率（Ｒ：Ｇ：Ｂ＝ａ：ｂ：ｃ）とから、３刺激値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が求まる。本例では、
Ｘ＝０．３４２２５・ａ＋０．００９３・ｂ＋０．５０６１６０・ｃ （式１）
Ｙ＝０．３０５００・ａ＋０．５０３０・ｂ＋０．２０２００・ｃ （式２）
Ｚ＝０．１７５９５・ａ＋０．１５８２・ｂ＋０．００００２９・ｃ （式３）
となる。

そして、これら３刺激値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の比を色度ｘ、ｙとして数値化する。本例では、ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）、ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）として数値化する。

図８は、各色レーザ光波長から出力比を演算する処理を説明する色度図である。上記色度（ｘ、ｙ）が、図８に示すような色度図（同図には、赤の領域にＲ、緑の領域にＧ、青の領域にＢを付して表している）における白（例えば、ｘ＝０．３３、ｙ＝０．３３）になるようにＲＧＢ比率（ａ、ｂ、ｃ）を演算する。本例では、ＲＧＢ比率（ａ、ｂ、ｃ）を（３．４：２．７：１．０）とすることによりホワイトバランスがとれる白となる。

最後に、光源制御部１３４は、波長変化した後のレーザ光源１１１〜１１３の出力比を、３．４：２．７：１．０と設定し、レーザ光源１１１〜１１３の出力比を調整する。

なお、本実施の形態では、上記のような多様なパターンをテーブルとしてプロジェクタ１０のメモリに格納しておき、光源制御部１３４により算出された各色レーザ光の波長に基づいて、光源制御部１３４が、格納されたパターンを適宜読み出してレーザ光源１１１〜１１３の出力比を設定することで、ホワイトバランスがとれるようにしてもよい。

以上、本実施の形態に係るプロジェクタ１０によれば、光源制御部１３４は、第１の回折光の照射位置の変位に基づいてレーザ光の光軸変化量を抽出し、当該光軸変化量と第２の回折光の照射位置の変位とに基づいて当該レーザ光の波長変化量を抽出し、合成レーザ光が所定の色状態となるよう、波長変化量に基づいて複数のレーザ光源１１１〜１１３の出力比を調整する。これにより、経年劣化、温度の変動などの原因で、レーザ光源１１１〜１１３から出力される各色レーザ光の光軸及び波長がずれた場合であっても、レーザ光検出部１４が有する複数の受光素子で検出された受光量比率に基づいて、光源制御部１３４が波長変動分を高精度に抽出する。そして、光源制御部１３４は、抽出した波長から、ホワイトバランスがとれるレーザ光源１１１〜１１３の出力を設定し出力させる。これにより、経年劣化及び温度変化などにより、レーザ光の波長変化が生じても、合成光をホワイトバランス調整状態など所定の色状態に維持することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態に係るプロジェクタ及びＨＵＤ装置について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。

上記実施の形態では、赤成分（Ｒ）、緑成分（Ｇ）及び青成分（Ｂ）の３つの色成分のレーザ光を合成し、この合成光を走査ミラーにより走査することで投影面にカラー画像を投影表示するプロジェクタ１０の一構成例を例示したが、本発明は、複数のレーザ光源から出力された異なる色成分のレーザ光を合成してカラー画像を表示する種々な画像表示装置に適用できるものである。また、上記実施の形態では、合成光のホワイトバランスがとれる状態を例にして説明したが、本発明は、他の所定の色状態とすることもできることは、以上の説明から明らかである。

また、上記実施の形態では、第１のレーザ光検出器１４１Ａ及び第２のレーザ光検出器１４１Ｂは、それぞれ、隣接する２つの受光素子が配置された構成を例示したが、３以上の受光素子が配置された構成も本発明に含まれる。検出器を構成する受光素子が多いほど、回折光の照射位置の変位を高精度に検出できる。

また、上記実施の形態では、プロジェクタ１０が自動車用のＨＵＤ装置として搭載される場合について説明したが、これに限定されず、プロジェクタ１０は、例えば航空機用のＨＵＤ装置として搭載することもできる。

また、上記実施の形態では、プロジェクタ１０がＨＵＤ装置に搭載される場合について説明したが、これに限定されず、プロジェクタ１０は、例えば、壁等に設置されたスクリーン上に画像を投影するための投影機として用いることもできる。

また、上記実施の形態では、光源としてレーザ光源を用いたが、これに限定されず、光源として例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源等を用いることもできる。

また、上記プロジェクタは、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクドライブ、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムとして構成されても良い。ＲＡＭまたはハードディスクドライブには、コンピュータプログラムが記憶されている。制御部１３を構成するマイクロプロセッサが、ＣＰＵに内蔵されたコンピュータプログラムに従って動作することにより、本発明のプロジェクタ及びＨＵＤ装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。

さらに、制御部１３を構成する構成要素の一部または全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしても良い。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。

さらにまた、制御部１３を構成する構成要素の一部または全部は、各装置に脱着可能なＩＣカードまたは単体のモジュールから構成されているとしても良い。ＩＣカードまたはモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカードまたはモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしても良い。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、ＩＣカードまたはモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしても良い。

また、レーザ光検出部は、レーザ光源ごとに配置されてもよい。例えば、レーザ光源１１１とダイクロイックミラー１１４との間に赤色レーザ光検出用のレーザ光検出部が配置され、レーザ光源１１２とダイクロイックミラー１１４との間に緑色レーザ光検出用のレーザ光検出部が配置され、レーザ光源１１３とダイクロイックミラー１１５との間に青色レーザ光検出用のレーザ光検出部が配置される構成であってもよい。

また、本発明の一態様は、プロジェクタの制御方法であってもよい。すなわち、本発明に係るプロジェクタの制御方法は、異なる色成分を有する複数のレーザ光を合成して画像を投影するプロジェクタの制御方法であって、複数のレーザ光のそれぞれの第１の回折光の照射位置を検出し、当該レーザ光の第２の回折光の照射位置を検出する検出ステップと、第１の回折光の照射位置の変位に基づいてレーザ光の光軸変化量を抽出する光軸変化抽出ステップと、光軸変化量と第２の回折光の照射位置の変位とに基づいてレーザ光の波長変化量を抽出する波長変化抽出ステップと、複数のレーザ光が合成された合成レーザ光が所定の色状態となるよう、抽出された波長変化量に基づいて複数のレーザ光の出力比を調整する出力調整ステップとを含む。

また、本発明は、上記プロジェクタの制御方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしても良いし、上記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしても良い。

さらに、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなどに記録したものとしても良い。また、これらの非一時的な記録媒体に記録されている上記デジタル信号であるとしても良い。

また、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしても良い。

また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムに従って動作するとしても良い。

また、上記プログラムまたは上記デジタル信号を上記非一時的な記録媒体に記録して移送することにより、または上記プログラムまたは上記デジタル信号を、上記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしても良い。

本発明は、例えば、画像を投影するプロジェクタ、及び、車載用ヘッドアップディスプレイとして適用することができる。

１ ＨＵＤ装置
１０ プロジェクタ
１１ レーザ光発生部
１２ レーザ光走査部
１３ 制御部
１４ レーザ光検出部
２０ 透明表示板
５０ 自動車
６０ 表示領域
６１、６２ 情報
１１１、１１２、１１３ レーザ光源
１１４、１１５ ダイクロイックミラー
１１６、１１７、１１８ レンズ
１３１ 映像処理部
１３２ 走査制御部
１３３ 走査駆動部
１３４ 光源制御部
１３５ 光源駆動部
１４１ レーザ光検出部
１４１Ａ 第１の光検出器
１４１Ｂ 第２の光検出器
１４２ 集光レンズ
１４３ 回折素子

Claims (9)

1. 互いに異なる色成分のレーザ光を出射する複数のレーザ光源と、
   前記複数のレーザ光源から出力された複数の前記レーザ光を合成する合成部と、
   前記合成部で合成された合成レーザ光を走査することにより投影面に画像を投影するレーザ光走査部と、
   前記レーザ光源から出射された前記レーザ光の第１の回折光の照射位置を検出する第１のレーザ光検出器、及び、前記第１の回折光と異なる、前記レーザ光の第２の回折光の照射位置を検出する第２のレーザ光検出器を有するレーザ光検出部と、
   前記第１の回折光の照射位置の変位に基づいて前記レーザ光の光軸変化量を抽出し、当該光軸変化量と前記第２の回折光の照射位置の変位とに基づいて前記レーザ光の波長変化量を抽出し、前記合成レーザ光が所定の色状態となるよう、前記波長変化量に基づいて前記複数のレーザ光源の出力比を調整する制御部とを備える
   プロジェクタ。
2. 前記レーザ光検出部は、さらに、
   前記合成部と前記第１のレーザ光検出器及び前記第２のレーザ光検出器との間に配置され、レーザ光の波長に応じて当該レーザ光の進行方向を変化させる回折素子を備える
   請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記第１のレーザ光検出器により検出される前記第１の回折光の照射位置は、前記レーザ光の光軸変化により変化し、
   前記第２のレーザ光検出器により検出される前記第２の回折光の照射位置は、前記レーザ光の光軸変化及び前記レーザ光の波長変化の少なくとも一方により変化する
   請求項１または２に記載のプロジェクタ。
4. 前記第１のレーザ光検出器は、前記第１の回折光の前記照射位置が変化する方向に沿って配置された２以上の第１受光素子を有し、
   前記第２のレーザ光検出器は、前記第２の回折光の前記照射位置が変化する方向に沿って配置された２以上の第２受光素子を有し、
   前記制御部は、前記２以上の第１受光素子間における受光量の比率変化に基づいて前記第１の回折光の照射位置の変位を算出し、前記２以上の第２受光素子間における受光量の比率変化に基づいて前記第２の回折光の照射位置の変位を算出する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
5. 前記２以上の第１受光素子は、前記レーザ光源から出力されたレーザ光のうち０次回折光の照射位置を検出するよう配置され、
   前記２以上の第２受光素子は、前記レーザ光源から出力されたレーザ光のうち１次回折光の照射位置を検出するよう配置されている
   請求項４に記載のプロジェクタ。
6. 前記第１のレーザ光検出器は、隣接する２つの前記第１受光素子で構成され、
   前記２つの第１受光素子は、初期状態において前記０次回折光が前記２つの第１受光素子の中間位置に集光されるよう配置され、
   前記第２のレーザ光検出器は、隣接する２つの前記第２受光素子で構成され、
   前記２つの第２受光素子は、初期状態において前記１次回折光が前記２つの第２受光素子の中間位置に集光されるよう配置されている
   請求項５に記載のプロジェクタ。
7. 前記所定の色状態は、前記合成レーザ光のホワイトバランスがとれた状態であり、
   前記制御部は、前記合成レーザ光のホワイトバランスがとれるように、抽出された前記波長変化量に基づいて前記複数のレーザ光源の出力比を調整する
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のプロジェクタと、
   前記合成レーザ光が走査されることにより画像が投影される透明表示板とを備える
   ヘッドアップディスプレイ装置。
9. 異なる色成分を有する複数のレーザ光を合成して画像を投影するプロジェクタの制御方法であって、
   前記複数のレーザ光のそれぞれの第１の回折光の照射位置を検出し、当該レーザ光の第２の回折光の照射位置を検出する検出ステップと、
   前記第１の回折光の照射位置の変位に基づいて前記レーザ光の光軸変化量を抽出する光軸変化抽出ステップと、
   前記光軸変化量と前記第２の回折光の照射位置の変位とに基づいて前記レーザ光の波長変化量を抽出する波長変化抽出ステップと、
   前記複数のレーザ光が合成された合成レーザ光が所定の色状態となるよう、抽出された前記波長変化量に基づいて前記複数のレーザ光の出力比を調整する出力調整ステップとを含む
   プロジェクタの制御方法。

Images