JP2015184435A - レーザー光強度調整装置 - Google Patents

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誠 秦
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俊 関谷
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Yasuhiro Yamakawa
泰弘 山川
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Abstract

【課題】広い温度範囲においても、低強度のレーザー光を安定して調整する。【解決手段】レーザー光強度調整装置は、レーザー光を発する光源(LD11r,11g,11b)と、光源が発したレーザー光を走査して表示画像を生成する走査部40と、液晶セル21と偏光板とを有し、光源が発したレーザー光を所定の透過率で透過させる透過光調整部と、液晶セル21の温度を検出する温度検出部30と、液晶セル21を駆動して透過光調整部の透過率を制御する制御部300と、を備える。制御部300は、温度検出部30が検出した温度に基づいて、液晶セル21の温度変化による透過率の変動分を補正して透過光調整部の透過率を制御し、走査部40に到達するレーザー光の光強度を調整する。【選択図】図6

Description

本発明は、レーザー光強度調整装置に関する。
レーザー光源(レーザーダイオード)を駆動するレーザー光強度調整装置として、特許文献1に開示されたものがある。特許文献1に開示された装置は、レーザー光源と、レーザー光を走査して表示画像を生成する走査部との間に、液晶セルと偏光板を配置した構成のものである。この装置は、液晶セルと偏光板を透過するレーザー光の透過率を、液晶セルを駆動制御して調整する。これにより、光源の制御だけでは困難である低強度の光で表示画像を生成することが可能である。
特開2013−15738号公報
液晶セルの透過率には温度依存性がある。そのため、特許文献1に開示された装置の構成では、目標となるレーザー光の強度と実際の強度との間にずれが生じてしまうという問題がある。この種のレーザー光強度調整装置を、例えば車載の表示装置に組み込んだ場合、雰囲気温度の範囲が広範になるため、この問題は顕著になる。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、広い温度範囲においても、低強度のレーザー光を安定して調整することができるレーザー光強度調整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、本発明に係るレーザー光強度調整装置は、
レーザー光を発する光源と、
前記光源が発したレーザー光を走査して表示画像を生成する走査部と、
前記光源から前記走査部へと至る光路上に位置し、前記光源が発したレーザー光を所定の透過率で透過させる透過光調整部であって、液晶セルと偏光板とを有する透過光調整部と、
前記液晶セルの温度を検出する温度検出部と、
前記液晶セルを駆動して前記透過光調整部の透過率を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した温度に基づいて、前記液晶セルの温度変化による透過率の変動分を補正して前記透過光調整部の透過率を制御し、前記走査部に到達するレーザー光の光強度を調整する、
ことを特徴とする。
本発明によれば、広い温度範囲においても、低強度のレーザー光を安定して調整することができる。
本発明の一実施形態に係る表示装置の搭載態様を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る表示装置の概略構成図である。 合成レーザー光生成部と透過光調整部の構成を説明するための図である。 透過光調整部におけるレーザー光の偏光を説明するための図であり、(a)はレーザー光が透過光調整部を透過しない場合を示した図であり、(b)はレーザー光が透過光調整部を透過する場合を示した図である。 透過スクリーン上に表示画像が走査される様子を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る表示装置の電気的構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る透過光ホワイトバランス調整処理のフローチャートである。 液晶駆動用テーブルの構成例を示した図である。 補正用テーブルの構成例を示した図である。 各色用液晶セルと補正係数との関係を示すグラフ図である。 本発明の一実施形態に係るホワイトバランス調整処理のフローチャートである。 各色LD(レーザーダイオード)における駆動電流と光強度との関係を示すグラフ図である。 (a)及び(b)は、本発明の変形例1に係る表示装置の構成を説明するための図である。 (a)及び(b)は、本発明の変形例2に係る表示装置の構成を説明するための図である。
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るレーザー光強度調整装置は、図1、図2に示す表示装置1が備えるものである。
表示装置1は、車両2のダッシュボードに配設され、所定の表示画像Mを表す光(以下、表示光K)をウインドシールド3に向けて出射するヘッドアップディスプレイ装置として構成されている。この表示装置1は、ウインドシールド3で反射した表示光Kにより、例えば車両2の運転者であるユーザ4に、表示画像Mを虚像Vとして視認させる。表示画像Mは、例えば、車両2に関する情報(以下、車両情報)を報知するための画像である。
表示装置1は、図2に示すように、合成レーザー光生成部10と、透過光調整部20と、温度検出部30と、走査部40と、透過スクリーン50と、光強度検出部60と、反射部70と、筐体80と、外光強度検出部90と、を備える。
合成レーザー光生成部10は、合成レーザー光Cを生成し、走査部40に向け出射する。合成レーザー光生成部10は、図3に示すように、レーザー光出射部11と、集光部12と、合波ユニット13と、を有する。
レーザー光出射部11は、赤色のレーザー光Rを出射するレーザーダイオード(LD)11rと、緑色のレーザー光Gを出射するLD11gと、青色のレーザー光Bを出射するLD11bと、を有する。LD11r,11g,11bは、後述するLD駆動部100から供給される駆動電流により、各々が所定の光強度及びタイミングで発光する。
集光部12は、LD11が出射した各レーザー光R,G,Bを集光して収束光とする。集光部12は、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が発するレーザー光Rの光路上に位置する。集光レンズ12g,12bとLD11g,11bとの対応関係についても同様である。
合波ユニット13は、LD11から出射され、集光部12を介して到達した各レーザー光R,G,Bを合波して、合成レーザー光Cを生成する。合波ユニット13は、平面鏡等からなる反射部13rと、それぞれが特定の波長の光を反射するがその他の波長の光は透過するダイクロイックミラー等からなる合波部13g及び合波部13bと、から構成されている。
反射部13rは、入射したレーザー光Rを、合波部13gに向けて反射させる。
合波部13gは、反射部13rからのレーザー光Rをそのまま透過させると共に、入射したレーザー光Gを合波部13bに向けて反射させる。これにより、合波部13gからは、レーザー光RとGとが合波されたレーザー光が合波部13bに向け出射される。
合波部13bは、合波部13gからのレーザー光をそのまま透過させると共に、入射したレーザー光Bを走査部40に向けて反射させる。このようにして、合波部13bから、各レーザー光R,G,Bが合波された合成レーザー光Cが走査部40に向け出射される。
透過光調整部20は、集光部12と合波ユニット13の間に位置し、LD11が発した各レーザー光R,G,Bを所定の透過率で透過させる。透過光調整部20は、液晶セル21と、偏光板22と、を有する。
液晶セル21は、一対の透明基板と、基板間に封入された液晶層とを有する。液晶セル21の各透明基板の液晶層側には、ITO(Indium Tin Oxide)等から透明電極が形成されている。液晶セル21は、図4(a)(b)に示すように、レーザー光Rが入射する赤色用液晶セル21rと、レーザーGが入射する緑色用液晶セル21gと、レーザー光Bが入射する青色用液晶セル21bと、を有する。液晶セル21r,21g,21bは、後述する制御部300の制御の下で液晶駆動部200を介して、各々独立して駆動電圧が印加される。液晶セル21r,21g,21bは、各セルに共用の一対の透明基板に、セル毎に駆動電圧を印加可能な透明電極が設けられることで構成されていてもよいし、各々別体の液晶セルとして構成されていてもよい。本実施形態に係る液晶セル21は、VA(Vertical Alignment)型である。
偏光板22は、液晶セル21を透過したレーザー光R,G,Bの光路上に配置されている。偏光板22は、ワイヤグリッド偏光板、ヨウ素系や色素系の偏光板、ガラス偏光子などから構成されている。なお、偏光板22は、吸収型であっても、反射型であってもよい。図4(a)(b)に示すように、偏光板22は透過軸22aを有し、入射した光のうち、透過軸22aと平行な偏光角度の光を透過させ、それ以外の偏光角度の光を透過させない。
なお、各LD11r,11g,11bは、出射する光の偏光角度が偏光板22の透過軸22aと直交するように配置されている。また、偏光板22の透過軸22a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。
ここで、図4(a)(b)を用いて、透過光調整部20におけるレーザー光R,G,Bの偏光について説明する。図4(a)は、レーザー光R,G,Bが透過光調整部20を透過しない場合を示す図であり、図4(b)は、レーザー光R,G,Bが透過光調整部20を透過する場合を示す図である。
前述のように、液晶セル21r,21g,21bの各々には独立して駆動電圧が印加されるが、ここでは、説明の理解を容易にするため、各液晶セル21r,21g,21bに共通のオフ電圧・オン電圧が印加されるものとする。
(レーザー光不透過時)
表示装置1では、液晶セル21の液晶分子が倒れ始める閾電圧よりも低い値にオフ電圧が設定されている。そのため、液晶セル21にオフ電圧を印加しても液晶分子は垂直配向したままである。この場合、レーザー光R,G,Bは、液晶セル21を透過しても偏光角度がほとんど変化しない。そのため、レーザー光R,G,Bの偏光角度と直交する透過軸22aを有する偏光板22を透過しない(図4(a)参照)。
(レーザー光透過時)
一方、液晶セル21に閾電圧よりも高く設定されたオン電圧を印加すると、液晶セル21の液晶分子は透明基板と平行になるように挙動する。これにより、液晶セル21を透過するレーザー光R,G,Bに複屈折が起き、偏光板22を透過したレーザー光R,G,Bは、偏光板22を透過軸22aに沿った偏光角度の光として透過する(図4(b)参照)。
以上の説明は、レーザー光が不透過、又はほとんどが透過する例を示したが、実際にはこの限りではない。液晶セル21への印加電圧と透過率とは、比例関係にあるため(概ね線形の関係にみなせるため)、液晶セル21への印加電圧の大きさを制御することで、レーザー光の偏光角度を0°〜90°の範囲で任意に制御でき、レーザー光R,G,Bの透過率を制御することができる。つまり、液晶セル21r,21g,21bの各々に印加する電圧を制御することで、各セルを透過するレーザー光R,G,Bの透過率を制御することができる。
このように、各レーザー光R,G,Bは、透過光調整部20で透過率が調整されると共に、偏光板22を透過した後に、合成レーザー光生成部10から出射される。したがって、合成レーザー光Cが含むレーザー光R,G,Bの偏光角度は一致している。合成レーザー光生成部10が出射した合成レーザー光Cは、走査部40に向かう。
温度検出部30は、液晶セル21の温度を検出するサーミスタから構成され、検出温度を示す温度データを後述する制御部300に供給する。温度検出部30は、液晶セル21の基板に設けられている。なお、温度検出部30は、液晶セル21に直接配置されるものに限られず、間接的に液晶セル21の温度を検出可能な位置にあってもよい。例えば、液晶セル21とは別体の基板に設けられても良い。また、温度検出部30は、赤外線輻射により温度を検出するものや、半導体式温度センサなどであってもよい。また、温度検出部30は、レーザー光の各色に対応する液晶セル21r,21g,21bに設けられ、液晶セル21r,21g,21b毎の温度を検出してもよい。
走査部40は、MEMS(Micro Electro Mechanical System)スキャナ(MEMSミラー)からなり、合成レーザー光Cを走査して、透過スクリーン50に表示画像Mを生成する。また、走査部40は、自身が有する各ミラーを動かすピエゾ素子の時間ごとの振れ位置を検出する機能を有し、検出した位置を示す走査位置検出データを走査駆動部400に出力する。
透過スクリーン50は、走査部40からの合成レーザー光Cを背面で受光し、透過拡散させることで、前面側に表示画像Mを表示する。透過スクリーン50は、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板などから構成される。
図5に透過スクリーン50を走査部40側から見た場合における表示画像Mの一例を示す。表示画像Mは、同図に破線で示すように、走査部40が透過スクリーン50上に合成レーザー光Cを水平走査しながら垂直走査することで、生成される。走査部40によって描画される表示画像Mは、実際の走査可能範囲50aよりも小さく設定されている。特に、水平方向では、走査部40が有するミラーの反射面を共振によって振ることで走査するため、走査の往復の切り替わりポイント付近では、ミラーの動作速度が遅くなったり、停止したりする。このため、表示画像Mが生成される領域を、走査可能範囲50a全域に設定すると、表示画像Mに歪みが生じたり、解像度の低下が生じたりする。このような理由から、表示画像Mが生成される領域(表示エリア50b)は、走査可能範囲50aよりも小さく、走査の切り替わりポイント付近を含まない領域に設定されている。
光強度検出部60は、レーザー光R,G,B各々の光強度A(レーザー光Rの光強度Ar、レーザー光Gの光強度Ag、レーザー光Bの光強度Ab)を検出し、検出した光強度Aを示す光強度データを後述する制御部300に供給する。光強度検出部60は、例えば、RGB各色の光学フィルタと3チャネルのフォトダイオードとを有するカラーセンサから構成されている。
光強度検出部60は、図2に示すように、透過スクリーン50の背面に設けられている。また、光強度検出部60は、図5に示すように、走査可能範囲50a内であって、表示エリア50bより外側の適宜の位置に設けられている。これにより、表示画像Mの走査に影響を及ぼすことなく、レーザー光R,G,Bの光強度が検出可能となっている。
反射部70は、透過スクリーン50の前面に表示された表示画像Mが、所望の位置・大きさで、虚像Vとして結ばれるように、透過スクリーン50とウインドシールド3との間に設けられる光学系である。本実施形態に係る反射部70は、平面ミラー71と、拡大ミラー72とから構成されている。
平面ミラー71は、透過スクリーン50に表示された表示画像Mを表す表示光Kを、拡大ミラー72に向けて反射させる。
拡大ミラー72は、凹面鏡等からなり、平面ミラー71からの表示光Kを、凹面で反射させることで、表示光Kをウインドシールド3の方向に向けて反射させる。これにより、結ばれる虚像Vの大きさは、表示画像Mが拡大された大きさになる。
筐体80は、上記各部(合成レーザー光生成部10〜反射部70)を収納するものであり、遮光性の部材により形成される。筐体80には、拡大ミラー72で反射した表示光Kを通過させる開口部が形成されている。この開口部に透光部81が設けられている。
透光部81は、アクリル等の透光性樹脂からなり、拡大ミラー72からの表示光Kを透過させる。透光部81は、外光がユーザ4の方向へ反射しないように湾曲形状に形成されている。
外光強度検出部90は、例えばライトセンサからなり、外光強度(例えば、照度)を検出する。外光強度検出部90は、検出した外光強度を示す外光強度データを後述する制御部300に出力する。図2の例では、外光強度検出部90が、透光部81の内面に配設された例を示したが、必要な外光強度が検出できる位置であれば、設置場所は任意である。
次に、表示装置1の電気的構成について説明する。
表示装置1は、上記構成の他、図6に示すように、LD駆動部100と、液晶駆動部200と、制御部300と、走査駆動部400と、を備える。これらは、例えば、筐体80内に配設されたプリント回路板(図示せず)に実装されている。なお、これらを筐体80外部に設けてもよい。
LD駆動部100は、ドライバIC(Integrated Circuit)等からなり、制御部300の制御の下で、LD11r、11g,11bの各々を、PAM(Pulse Amplitude Modulation)方式、及びPWM(Pulse Width Modulation)方式で駆動する。LD駆動部100は、制御部300から供給される電流制御データに応じて駆動電流をLD11r〜11b各々に供給する。
液晶駆動部200は、ドライバIC等からなり、制御部300の制御の下で、赤色用液晶セル21r、緑色用液晶セル21g、青色用液晶セル21bの各々を駆動する。液晶駆動部200は、CPU310から出力される各色用のPWM値(デューティ比を示すデータ)を取得し、取得したPWM値に応じた電圧を各色用液晶セル21r,21g,21bに印加し、駆動する。
走査駆動部400は、ドライバIC等からなり、制御部300の制御の下で、走査部40を駆動する。走査駆動部400は、走査部40を駆動させた後、走査部40が出力した走査位置検出データを取得し、取得した走査位置検出データに基づいてフィードバックデータを算出し、制御部300へ出力する。このフィードバックデータに基づいて、制御部300は、走査部40の現在の走査位置を特定可能となっている。
制御部300は、マイクロコントローラ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等からなり、CPU310と、記憶部320と、を備える。
記憶部320は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等からなり、表示装置1の動作に必要なプログラムや、各種データを記憶する。記憶部320には、後述する各処理(透過光ホワイトバランス調整処理、ホワイトバランス調整処理)の動作プログラムのデータや、液晶駆動用テーブルTA1(図8)、補正用テーブルTA2(図9)のデータなどが予め記憶されている。また、記憶部320は、CPU310の演算結果などの各種データを一時的に記憶する。
CPU310は、記憶部320からプログラムを読み出し、実行することで各部を制御する。CPU310には、車両2のECU(Electronic Control Unit)5から表示画像Mを表示するための画像データがLVDS(Low Voltage Differential Signal)通信等によって供給される。なお、画像データの少なくとも一部は、記憶部320に予め記憶されていてもよい。CPU310は、この画像データに従い、LD駆動部100を介してレーザー光出射部11を制御すると共に、走査駆動部400を介して走査部40を制御することにより、画像データが要求する表示画像Mを透過スクリーン50上に生成する。これにより、表示画像Mを表す表示光Kがウインドシールド3に向けて出射され、ユーザ4は、表示画像Mを虚像Vとして視認することができる。
また、CPU310は、走査駆動部400から供給されるフィードバックデータに基づいて、透過スクリーン50上における現在の合成レーザー光Cの走査位置を特定する。そして、走査位置が光強度検出部60の位置が重なったタイミングで、LD駆動部100を介してレーザー光出射部11を駆動する。このときに光強度検出部60が検出したレーザー光R,G,Bの色毎の光強度(Ar,Ag,Ab)をCPU310は取得する。
ここからは、上記構成を有する表示装置1の動作を説明する。表示装置1は、例えば車両2の起動スイッチがオン(イグニッション(IGN)もしくはアクセサリーポジション(ACC)がオン)されたことに応じて起動し、種々の動作を行う。表示装置1は、透過スクリーン50の表示エリア50bに表示画像Mを表示するといった一般的な動作を行うことが可能であるが、本実施形態に特有の動作を以下に説明する。
本実施形態に係る表示装置1は、特有の動作として、表示画像Mのホワイトバランスの調整を二回実行する。以下では、説明の理解を容易にするため、二回のホワイトバランスの調整のうち、透過光調整部20で調整されるホワイトバランスを「透過光ホワイトバランス」と呼ぶことにする。
まず、図7〜図10を参照して、透過光ホワイトバランスを調整する透過光ホワイトバランス調整処理を説明する。
(透過光ホワイトバランス調整処理)
表示装置1が起動すると、CPU310は、図7に示す透過光ホワイトバランス調整処理を開始し、まず、外光強度検出部90から供給される外光強度データが示す外光強度を取得する(ステップA1)。
続いて、CPU310は、取得した外光強度Pと、予め記憶部320に格納された液晶駆動用テーブルTA1(図8参照)とに基づいて、液晶セル21を駆動するためのPWM値(デューティ比を示す値)を算出する(ステップA2)。
液晶駆動用テーブルTA1は、図8に示すように、外光強度Pと、液晶セル21r,21g,21bの各々を駆動するためのPWM値Dr,Dg,Dbとが対応付けられたデータである。同図において、P0は外光強度Pの最小値を表し、Pk(kは正の整数)は外光強度Pの最大値を表す。また、jは、0以上k−1以下(0≦j≦k−1)の整数であり、Pj+1はPjよりも大きい(Pj+1>Pj)。また、各PWM値Dr,Dg,Dbのインデックスは外光強度Pのインデックスに対応する。
ここで、赤色用液晶セル21rについて説明すると、外光強度PがPj以上Pj+1以下(Pj≦P≦Pj+1)の値であった場合、CPU310は、液晶駆動用テーブルTA1を参照し、Dr_jとDr_j+1とを取得する。そして、CPU310は、下記(数1)に示す(1)式によって、赤色用液晶セル21rを駆動するためのPWM値Drを線形補間法により算出する。
同様に、CPU310は、下記(数1)に示す(2)式によって、緑色用液晶セル21gを駆動するためのPWM値Dgを算出する。また、CPU310は、下記(数1)に示す(3)式によって、青色用液晶セル21bを駆動するためのPWM値Dbを算出する。
なお、液晶駆動用テーブルTA1において、同一の外光強度Pにおける各液晶セルのPWM値Dr,Dg,Dbは、透過光調整部20を透過光後の各レーザー光R,G,Bの光強度の比が、理想混色比となるように設定されている。理想混色比とは、白色になるための任意のxy色度となるレーザー光Rとレーザー光Gとレーザー光Bとの光強度比である。これにより、透過光調整部20を透過した後のレーザー光R,G,Bは、ホワイトバランスが調整されたものとなる。
続いて、CPU310は、温度検出部30から供給される温度データが示す検出温度を取得する(ステップA3)。
続いて、CPU310は、取得した検出温度Tと、予め記憶部320に格納された補正用テーブルTA2(図9参照)とに基づいて、温度変化による液晶セル21の透過率変動を考慮してLD11r,11g,11bを駆動するための補正係数を算出する(ステップA4)。
補正用テーブルTA2は、図9に示すように、外光強度Pと、液晶セル21r,21g,21bの各々に対応する補正係数Cr,Cg,Cbと、が対応付けられたデータである。同図において、T0は、表示装置1の使用環境を考慮して想定される温度範囲の最小値(例えば、−40℃)を表し、Tn(nは正の整数)は温度範囲の最大値(例えば、+85℃)を表す。また、mは、0以上n−1以下(0≦m≦n−1)の整数であり、Pm+1はPmよりも大きい(Pm+1>Pm)。また、Pm+1とPmとは、5℃間隔、10℃間隔などの適宜の間隔に設定されている。各補正係数Cr,Cg,Cbのインデックスは検出温度Tのインデックスに対応する。
ここで、赤色用液晶セル21rについて説明すると、検出温度TがTm以上Tm+1以下(Pm≦P≦Pm+1)の値であった場合、CPU310は、補正用テーブルTA2を参照し、Cr_mとCr_m+1とを取得する。そして、CPU310は、下記(数2)に示す(4)式によって、温度変化による赤色用液晶セル21rの透過率変動を考慮してLD11rを駆動するための補正係数Crを線形補間法により算出する。
同様に、CPU310は、下記(数2)に示す(5)式によって、温度変化による緑色用液晶セル21gの透過率変動を考慮してLD11gを駆動するための補正係数Cgを算出する。また、CPU310は、下記(数2)に示す(6)式によって、温度変化による緑色用液晶セル21gの透過率変動を考慮してLD11gを駆動するための補正係数Cgを算出する。
続いて、CPU310は、ステップA4で算出した補正係数Cr,Cg,Cbを基に、補正PWM値を算出する(ステップA5)。具体的には、補正係数をステップA2で算出したPWM値に乗算して、液晶セル21r,21g,21bの各々に対応する補正PWM値として、Cr・Dr,Cg・Dg,Cb・Dbを算出する。
続いて、CPU310は、液晶駆動部200に算出した補正PWM値を出力する(ステップA6)。具体的には、CPU310は、液晶駆動部200に補正PWM値Cr・Drを出力することで液晶セル21rを駆動する。また、CPU310は、液晶駆動部200に補正PWM値Cg・Dgを出力することで液晶セル21gを駆動する。また、CPU310は、液晶駆動部200に補正PWM値Cb・Dbを出力することで液晶セル21bを駆動する。
ここで、図10に、図9の補正用テーブルT2における検出温度Tと補正係数Cr,Cg,Cbとの関係をグラフ化したものを示す。図10中、○でプロットされた点における縦軸の値が補正係数Cr、□でプロットされた点における縦軸の値が補正係数Cg、△でプロットされた点における縦軸の値が補正係数Cbである。図10を参照すると、同じ検出温度Tにおける補正係数Cr,Cr,Cbが異なることがわかる。本実施形態では、このように液晶セル21r,21g,21bの温度変化による透過率変動を考慮した補正係数を、液晶セル毎に設けたことで、高精度なホワイトバランス調整が可能となっている。これにより、ホワイトバランスが調整されたレーザー光R,G,Bが透過光調整部20から出射されることになる。
CPU310は、以上の処理からなる透過光ホワイトバランス調整処理を、例えば表示装置1の電源がオフされるまで、繰り返し実行する。
次に、透過光調整部20を透過して透過光ホワイトバランスが調整されたレーザー光R,G,Bの光強度を光強度検出部60で検出し、さらに表示画像Mのホワイトバランスを調整するホワイトバランス調整処理を、図11、図12を参照して説明する。このように透過光調整部20を透過した後のレーザー光R,G,Bにおいてもホワイトバランスを調整することによって、より高精度でホワイトバランスが調整される。
(ホワイトバランス調整処理)
表示装置1が起動すると、CPU310は、図11に示すホワイトバランスを開始し、まず、光強度検出部60から供給される光強度データが示す光強度を取得する(ステップB1)。
具体的には、CPU310は、走査駆動部400から供給されるフィードバックデータに基づいて、透過スクリーン50上における現在の合成レーザー光Cの走査位置を特定する。そして、走査位置が光強度検出部60の位置が重なったタイミングで、LD駆動部100を介してレーザー光出射部11を駆動する。このときに光強度検出部60が検出したレーザー光R,G,Bの色毎の光強度(Ar,Ag,Ab)をCPU310は取得する。
続いて、CPU310は、取得した光強度と、予め記憶部320にデータとして記憶された理想混色比とに基づいて、両者間のズレを考慮した補正係数を算出する(ステップB2)。理想混色比とは、白色になるための任意のxy色度となるレーザー光Rとレーザー光Gとレーザー光Bとの光強度比である。ここで、各レーザー光R,G,Bの光強度をLr,Lg,Lbとすれば、例えば、理想混色比は、Lr:Lg:Lb=3.0:2.5:1である。
ここで、図12に、各LD11r,11g,11bの駆動電流と光強度との関係を示すグラフを示す。同図において、符号6rで示すグラフがLD11rに対応し、符号6gで示すグラフがLD11gに対応し、符号6bで示すグラフがLD11bに対応する。また、同図で、理想混色比となる理想光強度Lr,Lg,Lbと、光強度検出部60から取得した光強度Ar,Ag,Abとがズレた例を示す。
図12で、取得した光強度Arに着目すると、理想混色比になる光強度Lrよりも現在の光強度Arが大きくなってしまっていることがわかる。この場合は、CPU310は、例えば、理想光強度を取得した光強度で除することにより、補正係数としてLr/Ar(図12の例ではLr/Ar<1)を算出する。
また、取得した光強度Agに着目すると、理想混色比になる光強度Lgよりも現在の光強度Arが小さくなってしまっていることがわかる。この場合は、CPU310は、例えば、理想光強度を取得した光強度で除することにより、補正係数としてLg/Ag(図12の例ではLg/Ag>1)を算出する。また、同様に、取得した光強度Abに着目すると、CPU310は、例えば、補正係数としてLb/Ab(図12の例ではLb/Ab>1)を算出する。
続いて、CPU310は、算出した補正係数を反映してLD11r,11g,11bを駆動する(ステップB3)。例えば、CPU310は、PAM制御の場合は電流値に補正係数を乗算し、PWM制御の場合はPWM値(デューティ比)に補正係数を乗算することにより、LD制御部100に供給する電流制御データを補正する。そして、補正した電流制御データをLD駆動部100に出力して、LD11r,11g,11bを駆動する。
ここで、図12を例にし、補正前の電流制御データによりLD11rに供給される駆動電流をIrとすれば、ステップB3で補正された電流制御データによりLD11rに供給される駆動電流は、(Lr/Ar)・Irとなる。同図からわかるように、LDの駆動電流と光強度との関係は線形性を有しているため、駆動電流に補正係数を加味すると、理想光強度LrでLD11rを発光させることができる。同様に、LD11g,11bについても理想光強度Lg,Lbで発光させることができる。
このように、LD制御部100に供給する電流制御データを補正することにより、LD11r,11g,11bの各々への駆動電流を調整して、各LDを理想光強度Lr,Lg,Lbで発光させることができる。これにより、表示画像Mのホワイトバランスが高精度で調整される。
なお、電流制御データの補正は、各LD11r,11g,11bの最大出力(最大階調)においてなされることが好ましい。このようにすれば、光強度検出部60が取得する光強度Aが大きくなり、実際の光強度Aに対するノイズの比を最小にすることができる(つまり、S/N比(Signal-Noise ratio)を大きくして良好にすることができる)。そのため、高精度な光強度検出に伴って高精度なホワイトバランス調整が可能となる。また、各LD11r,11g,11bの最大出力は各LD11r,11g,11bの最大階調に相当するため、このようにすれば、最大階調における白表示のみならず、最大階調以下の任意の階調(即ちグレースケール)における白表示に対しても高精度なホワイトバランスを反映することができる。
また、ステップB3では、算出した補正係数を各LD11r,11g,11bへの駆動電流に反映したが、ECU5から供給される(または予め記憶部320に記憶されている)画像データに補正係数を反映してもよい。画像データは、1ピクセルにおいてR,G,B各色につき例えば8bitのデータで構成されるが、この8bitのデータに対して、ステップB2で算出した補正係数を乗算するなどにより、現在の光強度比と理想混色比とのずれを補正するようにしてもよい。このように、LD11r,11g,11bの駆動電流を補正せずに、画像データを直接補正することで、ホワイトバランスを調整してもよい。
CPU310は、以上の処理からなるホワイトバランス調整処理を、例えば表示装置1の電源がオフされるまで、繰り返し実行する。なお、CPU310は、以上に説明した透過光ホワイトバランス調整処理、及びホワイトバランス調整処理のフローを数百msec間隔で実行する。これにより、ユーザ4に違和感を与えない調光制御と高精度な調色制御が可能となる。
以上の実施形態では、透過光調整部20により透過光ホワイトバランス調整を行い、透過光調整部20を透過後のレーザー光R,G,Bにおいてもホワイトバランス調整を行う例を示した。
以下では、透過光調整部20に入射する前のレーザー光R,G,Bにおいてホワイトバランスの調整を行う変形例1に係る表示装置201と、変形例2に係る表示装置301とを、順に説明する。なお、以下では、説明の理解を容易にするため、以上の実施形態と異なる点を主に説明する。
(変形例1)
図13(a)に示すように、変形例1に係る表示装置201においては、透過スクリーン50aの背面に光強度検出部60が設けられていない。
その代わりに、図13(b)に示すように、表示装置201は、LD11rと集光レンズ12rとの間に配設され、レーザー光Rの光強度を検出する赤色用光強度検出部260rと、LD11gと集光レンズ12gとの間に配設され、レーザー光Gの光強度を検出する緑色用光強度検出部260gと、LD11bと集光レンズ12bとの間に配設され、レーザー光Bの光強度を検出する青色用光強度検出部260bと、を備える。
各色用光強度検出部260r,260g,260bは、各々、フォトダイオードなどからなる。赤色用光強度検出部260rは、レーザー光Rの光強度ArをCPU310に出力する。緑色用光強度検出部260gは、レーザー光Gの光強度AgをCPU310に出力する。青色用光強度検出部260bは、レーザー光Rの光強度AbをCPU310に出力する。なお、赤色用光強度検出部260rは、集光レンズ12rと液晶セル21との間に配設されていてもよい。緑色用、青色用光強度検出部260g,260bについても同様である。
このように構成される変形例1に係る表示装置201では、CPU310は、各色用光強度検出部260r,260g,260bから取得した光強度Ar,Ag,Abを基に、図11に示すホワイトバランス調整処理を実行する。つまり、上記実施形態と変形例1とでは、センシングするレーザー光が透過光調整部20を透過後の光か、透過前の光かという点で異なっている。
そして、図11に示すホワイトバランス調整処理で調整されたレーザー光R,G,Bが透過光調整部20に入射し、この入射光に対して、CPU310は、図7に示す透過光ホワイトバランス調整処理を実行する。この変形例1のように、透過光調整部20に入射する前のレーザー光R,G,Bに対して、予めホワイトバランス調整を行っても良い。
(変形例2)
図14(a)に示すように、変形例2に係る表示装置301においては、上述の実施形態と同様に、透過スクリーン50aの背面に光強度検出部60が設けられている。
さらに、変形例1と同様に、図14(b)に示すように、表示装置301は、各色用光強度検出部260r,260g,260bを備える。
このように構成される変形例2に係る表示装置301では、CPU310は、まず、各色用光強度検出部260r,260g,260bから取得した光強度Ar,Ag,Abを基に、図11に示すホワイトバランス調整処理を実行する。そして、図11に示すホワイトバランス調整処理で調整されたレーザー光R,G,Bが透過光調整部20に入射し、この入射光に対して、CPU310は、図7に示す透過光ホワイトバランス調整処理を実行する。さらに、CPU310は、透過光調整部20を透過した後の光により、上記実施形態と同様に、図11に示すホワイトバランス調整処理を実行する。つまり、変形例2では、透過光調整部20で透過光ホワイトバランスを調整すると共に、透過光調整部20を透過の前後のレーザー光においてもホワイトバランスを調整する。このように、ホワイトバランスの調整を3回行うようにしてもよい。
なお、本発明は、以上の実施形態及び変形例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、変更(構成要素の削除も含む)を加えることが可能である。
例えば、透過光調整部20は、レーザー光出射部11と集光部12との間に配置されてもよい。また、透過光調整部20は、レーザー光R,G,Bの色毎に透過率を制御しなくともよく、この場合、合波ユニット13よりも後の位置、つまり、合成レーザー光Cの光路上に配置されてもよい。
また、偏光板22に加えて、同様の偏光板をレーザー光出射部11側にさらに設けてもよい。この場合、上述と同様の電圧制御(オフ電圧印加時に不透過、オン電圧印加時に透過)では、追加した偏光板は、偏光板22とクロスニコルの関係で配置される。
また、液晶セル21はVA型に限られず、TN(Twisted Nematic)型、STN(Super Twisted Nematic)型、IPS(In Plane Switching)型などであってもよい。
また、光強度検出部60が検出する光強度は、レーザー光出射部11に供給される電流に応じて変化する物理量であればよく、輝度、照度、光度などであればよい。同様に、外光強度検出部90が検出する外光強度も照度に限られず、輝度、光度などであってもよい。
以上では、図7に示す透過光ホワイトバランス処理において、線形補間法により、PWM値Dr,Dg,Dbや補正係数Cr,Cg,Cbを算出した例を示したが、これに限られない。例えば、CPU310は、液晶駆動用テーブルTA1を参照して、取得した外光強度Pにより近い値の外光強度に対応するPWM値を取得してもよい。同様に、CPU310は、補正用テーブルTA2を参照して、取得した検出温度Tにより近い値の検出温度に対応する補正係数を取得してもよい。
また、以上では、図11に示すホワイトバランス調整処理において、CPU310が理想光強度を取得した光強度で除することで補正係数を算出する例を示したが、これに限られない。理想光強度で各LD11r,11g,11bを発光させることができるならば、補正係数の算出方法は任意である。
また、CPU310は、光強度検出部60から各レーザー光R,G,Bの光強度Ar,Ag,Abを同時に取得してもよいし、色毎に時分割で取得してもよい。取得のタイミングは任意である。これは、変形例1及び2に係る各色用光強度検出部260r,260g,260bからの光強度Ar,Ag,Abの取得タイミングについても同様である。
以上の説明では、3つのLDが配設された例を示したが、これに限られない。4つのLDを配設して4原色で階調を表現してもよいし、1又は2つのLDで階調を表現してもよい。
以上の説明では、表示光Kを、2枚の鏡からなる反射部70で反射させ、ウインドシールド3に到達させる例を示したが、これに限られない。反射部70は、1又は3枚以上の鏡から構成されてもよい。また、透過スクリーン50からの表示光Kを、このような反射部を介さずに、ウインドシールド3、もしくは装置専用のコンバイナに向けて出射させるようにしてもよい。
以上の説明では、表示装置1(以下、変形例に係る表示装置201,301についても同様)が搭載される乗り物の例を車両としたが、これに限られない。表示装置1を、その他の乗り物(船舶、航空機等)に設置することもできる。さらには、乗り物に設置するものには限られない。
以上では、表示装置1が車両のダッシュボードと一体的に構成される例を示したが、表示装置1は、例えば、車両のダッシュボード上に設置される据え置き型(後付け型)のものであってもよい。
以上では、表示装置1がヘッドアップディスプレイ(HUD)装置として構成された例を説明したが、これに限られない。その他の表示装置(例えばカーナビゲーション装置)であってもよい。但し、HUD装置は、背景(風景)と重ねて表示画像を視認させるため、特に、表示輝度の調整が必要であること、車両に搭載される場合が多いため、特に、温度変化が激しいこと等を踏まえると、上記のように各処理を実行する表示装置としては、HUD装置が好適である。
以上に説明した表示装置1の一部により、レーザー光強度調整装置が構成される。
レーザー光強度調整装置は、レーザー光を発する光源(LD11r,11g,11b)と、光源が発したレーザー光を走査して表示画像Mを生成する走査部40と、光源から走査部40へと至る光路上に位置し、光源が発したレーザー光を所定の透過率で透過させる透過光調整部20であって、液晶セル21と偏光板22とを有する透過光調整部20と、液晶セル21の温度を検出する温度検出部30と、液晶セル21を駆動して透過光調整部20の透過率を制御する制御部300と、を備える。制御部300は、温度検出部30が検出した温度に基づいて、液晶セル21の温度変化による透過率の変動分を補正して透過光調整部20の透過率を制御し、走査部40に到達するレーザー光の光強度を調整する。
このようにしたから、透過光調整部20の透過率を制御して低強度のレーザー光を扱えると共に、液晶セル21の透過率の温度依存性を考慮してレーザー光を調整できる。つまり、以上に説明したレーザー光強度調整装置によれば、広い温度範囲においても、低強度のレーザー光を安定して調整することができる。
また、レーザー光強度調整装置は、液晶セル21の温度と対応付けられた補正データ(補正用テーブルTA2における補正係数Cr,Cg,Cbの一例)を記憶する記憶部320をさらに備え、制御部300は、温度検出部30が検出した温度と補正データとに基づいて、液晶セル21の温度変化による透過率の変動分を補正して透過光調整部20の透過率を制御する。
この場合において、補正データをレーザー光R,G,Bの色毎に設ければ、各色用液晶セル21r,21g,21bの透過率の温度依存性を考慮してレーザー光を調整できるため、より良い。
また、透過光調整部20は、制御部300によってレーザー光の色毎に透過率が制御され、制御部300は、走査部40に到達するレーザー光の色毎の光強度を調整することで、表示画像Mのホワイトバランスを調整する。
このようにしたから、広い温度範囲下で、表示画像Mの低輝度表示が可能であり、且つ、適切なホワイトバランスでの表示が可能である。
また、特に、上記実施形態及び変形例2においては、透過光調整部20を透過したレーザー光の光強度を検出する透過光強度検出部(光強度検出部60の一例)をさらに備える。そして、制御部300は、(i)透過光強度検出部が検出した光強度に基づいて、LD駆動部100を介して、光源(LD11r,11g,11b)に供給する電流を調整することで、さらに表示画像Mのホワイトバランスを調整する、または、(ii)透過光強度検出部が検出した光強度に基づいて画像データを補正することで、さらに前記表示画像のホワイトバランスを調整する。
また、特に、上記変形例1及び2においては、透過光調整部20を透過する前のレーザー光の光強度を検出する光強度検出部(各色用光強度検出部260r,260g,260bの一例)をさらに備える。そして、制御部300は、(i)光強度検出部が検出した光強度に基づいて光源に供給する電流を調整することで、透過光調整部20を透過する前のレーザー光においても表示画像Mのホワイトバランスを調整する、または、(ii)光強度検出部が検出した光強度に基づいて画像データを補正することでも、表示画像Mのホワイトバランスを調整する。
この場合において、変形例2においては、透過光調整部20を透過したレーザー光の光強度を検出する透過光強度検出部(光強度検出部60の一例)をさらに備え、制御部300は、透過光強度検出部が検出した光強度に基づいて、調整されたホワイトバランスを補正する。
以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。
1 表示装置
10 合成レーザー光生成部
11 レーザー光出射部
11r,11g,11b レーザーダイオード(LD)
20 透過光調整部
21 液晶セル
21r 赤色用液晶セル
21g 緑色用液晶セル
21b 青色用液晶セル
22 偏光板
30 温度検出部
40 走査部
50 透過スクリーン
60 光強度検出部
70 反射部
90 外光強度検出部
100 LD駆動部
200 液晶駆動部
300 制御部
310 CPU
320 記憶部
400 走査駆動部
M 表示画像
K 表示光
TA1 液晶駆動用テーブル
TA2 補正用テーブル

Claims (10)

  1. レーザー光を発する光源と、
    前記光源が発したレーザー光を走査して表示画像を生成する走査部と、
    前記光源から前記走査部へと至る光路上に位置し、前記光源が発したレーザー光を所定の透過率で透過させる透過光調整部であって、液晶セルと偏光板とを有する透過光調整部と、
    前記液晶セルの温度を検出する温度検出部と、
    前記液晶セルを駆動して前記透過光調整部の透過率を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記温度検出部が検出した温度に基づいて、前記液晶セルの温度変化による透過率の変動分を補正して前記透過光調整部の透過率を制御し、前記走査部に到達するレーザー光の光強度を調整する、
    ことを特徴とするレーザー光強度調整装置。
  2. 前記液晶セルの温度と対応付けられた補正データを記憶する記憶部をさらに備え、
    前記制御部は、前記温度検出部が検出した温度と前記補正データとに基づいて、前記液晶セルの温度変化による透過率の変動分を補正して前記透過光調整部の透過率を制御する、
    ことを特徴とする請求項1に記載のレーザー光強度調整装置。
  3. 前記光源は、複数あり、各々異なる色のレーザー光を発し、
    前記透過光調整部は、前記制御部によってレーザー光の色毎に透過率が制御され、
    前記制御部は、前記走査部に到達するレーザー光の色毎の光強度を調整することで、前記表示画像のホワイトバランスを調整する、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザー光強度調整装置。
  4. 前記透過光調整部を透過したレーザー光の光強度を検出する透過光強度検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記透過光強度検出部が検出した光強度に基づいて前記光源に供給する電流を調整することで、さらに前記表示画像のホワイトバランスを調整する、
    ことを特徴とする請求項3に記載のレーザー光強度調整装置。
  5. 前記透過光調整部を透過したレーザー光の光強度を検出する透過光強度検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記透過光強度検出部が検出した光強度に基づいて画像データを補正することで、さらに前記表示画像のホワイトバランスを調整する、
    ことを特徴とする請求項3に記載のレーザー光強度調整装置。
  6. 前記透過光調整部を透過する前のレーザー光の光強度を検出する光強度検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記光強度検出部が検出した光強度に基づいて前記光源に供給する電流を調整することで、前記透過光調整部を透過する前のレーザー光においても前記表示画像のホワイトバランスを調整する、
    ことを特徴とする請求項3に記載のレーザー光強度調整装置。
  7. 前記透過光調整部を透過する前のレーザー光の光強度を検出する光強度検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記光強度検出部が検出した光強度に基づいて画像データを補正することでも、前記表示画像のホワイトバランスを調整する、
    ことを特徴とする請求項3に記載のレーザー光強度調整装置。
  8. 前記透過光調整部を透過したレーザー光の光強度を検出する透過光強度検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記透過光強度検出部が検出した光強度に基づいて、調整されたホワイトバランスを補正する、
    ことを特徴とする請求項6又は7に記載のレーザー光強度調整装置。
  9. 前記制御部は、前記光強度検出部が検出したレーザー光の光強度をレーザー光の色毎に時分割で取得する、
    ことを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載のレーザー光強度調整装置。
  10. 前記制御部は、前記透過光強度検出部が検出したレーザー光の光強度をレーザー光の色毎に時分割で取得する、
    ことを特徴とする請求項4、5、又は8に記載のレーザー光強度調整装置。
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