JP2015194694A - 画像表示装置および画像表示調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】描画される画像に対する迷光の影響をユーザが気付きにくく、高品位なＨＵＤ表示を提示することができる、画像表示装置および画像表示調整方法を提供する。
【解決手段】走査ミラー部１７０は、レーザ光源部１６４が出力したレーザ光を反射させて走査する。輝度検出部１２２は、入力された表示画像データに基づく表示画像の輝度の高い範囲を検出する。描画制御部１３２は、入力された表示画像データに基づき、走査ミラー部１７０の走査範囲２００より狭い範囲において表示画像が描画されるように、レーザ光源部１６４を制御する。出力調整制御部１３４は、走査ミラー部１７０の走査範囲２００における前記表示画像が描画される範囲外であり、且つ前記輝度検出部１２２が検出した輝度の高い範囲の近傍に、レーザ光の出力を調整するためのレーザ光が出力されるように、前記レーザ光源部１６４を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置および画像表示調整方法に関する。

レーザー光をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーに反射させることにより走査させ、画像を投映するレーザスキャン方式の画像表示装置が知られている。また、この画像表示装置を、自動車のウィンドシールドやコンバイナに投映することにより、ユーザに虚像を提示するヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head Up Display）も知られている。

特許文献１には、ＨＵＤに用いられるレーザ光を、筐体内の不可視位置へのレーザ照射状態で検出し、レーザ光の出力値を調整する技術が開示されている。

特開２０１３−１５６３１４号公報

レーザ光の出力値を調整するために、レーザ光の出力値調整用のレーザ光を画像が描画される範囲に漏れないように筐体等で遮蔽して照射する場合であっても、筐体内で反射したレーザ光が迷光として散乱し、描画画像に影響することがある。例えば、画像表示装置を車両に搭載するＨＵＤとして用いる場合、夜間など周辺光量が少ない環境で画像を描画すると、迷光の影響が目立つ場合がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、描画される画像に対する迷光の影響をユーザが気付きにくく、高品位なＨＵＤ表示を提示することができる、画像表示装置および画像表示調整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、本発明に係る画像表示装置（１００）は、レーザ光源部（１６４）、前記レーザ光源部（１６４）が出力したレーザ光を反射させて走査する走査ミラー部（１７０）、入力された表示画像データに基づく表示画像の輝度の高い範囲を検出する輝度検出部（１２２）、入力された表示画像データに基づき、前記走査ミラー部（１７０）の走査範囲より狭い範囲において前記表示画像が描画されるように、前記レーザ光源部（１６４）を制御する描画制御部（１３２）、前記走査ミラー部（１７０）の走査範囲における前記表示画像が描画される範囲外であり、且つ前記輝度検出部（１２２）が検出した輝度の高い範囲の近傍に、レーザ光の出力を調整するためのレーザ光が出力されるように、前記レーザ光源部（１６４）を制御する出力調整制御部（１３４）、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る画像表示調整方法は、入力された表示画像データに基づく表示画像の輝度の高い範囲を検出する輝度検出ステップ、入力された表示画像データに基づき、レーザ光源部が出力したレーザ光を反射させて走査する走査ミラー部の走査範囲より狭い範囲において前記表示画像が描画されるように、前記レーザ光源部を制御する描画制御ステップ、前記描画制御ステップによって表示画像が描画される範囲外であり、且つ前記輝度検出ステップにおいて検出された輝度の高い範囲の近傍に、レーザ光の出力を調整するためのレーザ光が出力されるように、前記レーザ光源部を制御する出力調整制御ステップ、 を備えることを特徴とする。

本発明によれば、描画される画像に対する迷光の影響をユーザが気付きにくく、高品位なＨＵＤ表示を提示することができる、画像表示装置および画像表示調整方法を提供することができる。

本発明に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る画像表示装置のレーザ光の光量を測定するための構成を模式的に示した図である。 本発明に係る画像表示装置による走査範囲を模式的に表す図である。 本発明に係る画像表示装置の光射出ユニットと筐体および画像走査光との関係を模式的に示した図である。 本発明に係る画像表示装置の筐体の開口部形状を模式的に示した図である。 本発明に係る画像表示装置による、出力調整動作を説明したフロー図である。 本発明に係る画像表示装置による、ＡＰＣエリア確定処理の例を説明したフロー図である。 本発明に係る分割エリアの例と、ＡＰＣエリアの例を模式的に示した図である。 本発明に係る画像表示装置による、ＡＰＣエリア確定処理の他の例を説明したフロー図である。 本発明に係る分割エリアの例と、ＡＰＣエリアの例の他の例を模式的に示した図である。 本発明に係る分割エリアの例と、ＡＰＣエリアの例の他の例を模式的に示した図である。 具体的な表示画像例とＡＰＣエリアの例を模式的に示した図である。 本発明に係る画像表示装置による、出力調整動作の変形例を説明したフロー図である。 本発明に係る画像表示装置による、出力調整動作の変形例を説明したフロー図である。 出力調整動作の変形例による、ＡＰＣエリアの例を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態である画像表示装置１００の構成を示すブロック図である。画像表示装置１００は、具体的にはヘッドアップディスプレイ装置であり、主に車両に搭載され、ユーザである運転者等に各種情報を虚像として提示する。

画像表示装置１００が、ヘッドアップディスプレイ装置として用いられる場合は、虚像として提示される画像として、経路案内を目的とした画像や、警告を目的とした画像、さらには、コンテンツ再生に基づく画像や、各種ＵＩ（User Interface）に関する画像などである。また、これらの画像は、静止画または動画を問わない。

画像表示装置１００は、制御部１１０、ＤＤＲ（Double Data Rate）メモリ１５０、フラッシュメモリ１５２、マイコン１５４、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）１５６、レーザドライバ１６０、レーザダイオード１６２、走査ミラー部１７０、スキャナドライバ１７３および測定部１８０を備える。

制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等によって構成される。制御部１１０は、フラッシュメモリ１５２やＥＥＰＲＯＭ１５６などに記憶されたプログラムを動作させ、各種処理を行う。制御部１１０は、プログラムによって動作する機能として、画像処理部１２０、レーザ光制御部１３０、走査制御部１４０を備える。また、制御部１１０は、表示画像データが入力される。

ＤＤＲメモリ１５０は、画像処理部１２０に入力される画像データを一時的に保存するフレームバッファである。ＤＤＲメモリ１５０は、ＤＤＲ２やＤＤＲ３、その他のＳＤＲＡＭであってもよい。

フラッシュメモリ１５２は、画像処理部１２０の動作に必要なデータやプログラムなどを記憶する不揮発性記憶部である。

マイコン１５４は、走査制御部１４０に、スキャナドライバ１７３を動作させるための駆動信号を生成させる。ＥＥＰＲＯＭ１５６は、走査制御部１４０の動作に必要なデータやプログラムなどを記憶する不揮発性記憶部である。

画像処理部１２０は、ＤＤＲメモリ１５０から入力された画像データを、レーザ光制御部１３０が画像データに基づいたレーザ光の駆動が可能となるよう、所定のドットクロックに合わせて、レーザ光制御部１３０および走査制御部１４０に出力する。

輝度検出部１２２は、ＤＤＲメモリ１５０から入力された画像データに対して、輝度の高い範囲を検出する。具体的には、輝度検出部１２２は、画像データを区分し、区分毎の輝度を取得することにより、輝度の高い区分を検出する。輝度検出部１２２による輝度検出処理は、後述する。

レーザ光制御部１３０は、ＤＤＲメモリ１５０から入力された画像データに基づき、レーザダイオード１６２から適切にレーザ光が出力されるように、レーザドライバ１６０を制御する。レーザ光制御部１３０は、その機能に基づき、描画制御部１３２および出力調整制御部１３４を備える。

描画制御部１３２は、ＤＤＲメモリ１５０から入力された画像データに基づき、適切なタイミングおよび適切な出力値でレーザ光が出力されるように、レーザドライバ１６０を制御する。具体的には、画像データに基づく画像が描画されるように、レーザドライバ１６０によるレーザダイオード１６２各々のオン・オフ、およびレーザ出力値の制御を行う。また、描画制御部１３２は、後述する走査ミラー部１７０の走査範囲２００より狭い範囲において表示画像が描画されるように、レーザドライバ１６０を制御する。

出力調整制御部１３４は、レーザダイオード１６２が出力するレーザ光の出力値調整（以下、ＡＰＣ：Auto Power Control）を実行する制御を行う。具体的には、出力調整制御部１３４は、走査ミラー部１７０の走査範囲２００における表示画像が描画される範囲外であるブランキングエリア２０４に、ＡＰＣ用のレーザ光を出力するように、レーザドライバ１６０を制御する。また、出力調整制御部１３４は、輝度検出部１２２が検出した輝度の高い範囲の近傍に、ＡＰＣ用のレーザ光を出力するように、レーザドライバ１６０を制御する。

走査制御部１４０は、走査ミラー部１７０を構成する水平走査ミラー１７８および垂直走査ミラー１７９の各々の振れ角および走査周波数等の制御を行う。走査制御部１４０は、走査ミラー部１７０が所望の振れ角および周波数等を得られるように、駆動電圧の波形の生成を行い、スキャナドライバ１７３に供給する。

レーザドライバ１６０は、レーザ光制御部１３０の制御に基づき、レーザダイオード１６２を駆動する。具体的には、レーザ光制御部１３０の制御に基づく点灯タイミングおよび駆動電流でレーザダイオード１６２を駆動する。また、レーザドライバ１６０は、レーザダイオード１６２が複数のレーザダイオードで構成される場合は、各々のレーザダイオードを各々駆動する。

レーザダイオード１６２は、光源としてのレーザ光を出力する。レーザダイオード１６２は、赤色レーザダイオード１６２Ｒ、緑色レーザダイオード１６２Ｇ、青色レーザダイオード１６２Ｂにより構成されるが、他色のレーザ光を出力するレーザダイオードを加えてもよく、単一のレーザダイオードで構成されてもよい。

レーザ光源部１６４は、レーザドライバ１６０およびレーザダイオード１６２を含むモジュールであり、赤色レーザダイオード１６２Ｒ、緑色レーザダイオード１６２Ｇ、青色レーザダイオード１６２Ｂの各々から出力されたレーザ光を合成するために、各々の光路を導くミラー、および走査ミラー部１７０へレーザ光を導くためのミラーを備える。

レーザダイオード１６２から出力されるレーザ光は、レーザ光制御部１３０がレーザドライバ１６０を制御することにより、各レーザダイオードの駆動電流および駆動時間を制御され、様々な描画色や描画形態を提示することができる。

測定部１８０は、レーザダイオード１６２が出力したレーザ光の光量を測定するためのフォトダイオードである。レーザ光源部１６４および測定部１８０の構成を図２に示す。

図２は、レーザ光源部１６４に備えられる赤色レーザダイオード１６２Ｒ、緑色レーザダイオード１６２Ｇ、青色レーザダイオード１６２Ｂの各々のレーザ光を測定部１８０によって検出する構成を示す。測定部１８０は、レーザ光源部１６４の一部として構成されてもよい。

レーザ光源部１６４には、レーザダイオード１６２の各々から出力されたレーザ光を、走査ミラー部１７０および測定部１８０の双方に導くためのダイクロイックミラー１０２を備える。

ダイクロイックミラー１０２Ｒは、赤色波長のレーザ光をほぼ１００％反射させる特性を有する。このため、ダイクロイックミラー１０２Ｒは、赤色レーザダイオード１６２Ｒが出力したレーザ光をほぼ１００％反射してダイクロイックミラー１０２Ｇへ導く。赤色レーザダイオード１６２Ｒは、ダイクロイックミラー１０２Ｒを用いずに直接ダイクロイックミラー１０２Ｇへレーザ光を出力させる配置であってもよい。

ダイクロイックミラー１０２Ｇは、赤色波長のレーザ光をほぼ１００％透過させるとともに、緑色波長のレーザ光をほぼ１００％反射させる特性を有する。このため、ダイクロイックミラー１０２Ｇは、赤色レーザダイオード１６２Ｒが出力したレーザ光をほぼ１００％透過してダイクロイックミラー１０２Ｂへ導くとともに、緑色レーザダイオード１６２Ｇが出力したレーザ光をほぼ１００％反射してダイクロイックミラー１０２Ｂへ導く。

ダイクロイックミラー１０２Ｂは、赤色波長のレーザ光および緑色波長のレーザ光を約９８％反射させて残りの約２％を透過させるとともに、青色波長のレーザ光を約９８％透過させ残りの約２％を反射させる特性を有する。このため、ダイクロイックミラー１０２Ｂは、赤色レーザダイオード１６２Ｒおよび緑色レーザダイオード１６２Ｇが出力したレーザ光を約９８％反射して走査ミラー部１７０へ導くとともに、赤色レーザダイオード１６２Ｒおよび緑色レーザダイオード１６２Ｇが出力したレーザ光の約２％を透過させ測定部１８０へ導く。また、ダイクロイックミラー１０２Ｂは、青色レーザダイオード１６２Ｂが出力したレーザ光を約９８％透過させて走査ミラー部１７０へ導くとともに、青色レーザダイオード１６２Ｂが出力したレーザ光の約２％を反射して測定部１８０へ導く。

このような構成により、レーザダイオード１６２が出力したレーザ光の約９８％は走査ミラー部１７０へ向い、残りの約２％は測定部１８０が受光し光量が検出される。測定部１８０に入射され検出されるレーザ光の光量は、各々のレーザダイオード１６２が出力したレーザ光の光量に比例しているため、測定部１８０は各々のレーザダイオード１６２の出力光量が測定できる。

図１に戻り、スキャナドライバ１７３は、走査制御部１４０の制御に基づき、走査ミラー部１７０を構成する走査ミラーを動作させる。本実施形態においては、走査ミラー部１７０として、水平走査ミラー１７８および垂直走査ミラー１７９を備えているため、スキャナドライバ１７３は、水平スキャナドライバ１７６および垂直スキャナドライバ１７７により構成される。

水平スキャナドライバ１７６は、走査制御部１４０の制御により、水平走査ミラー１７８を所定の周波数で揺動させるための駆動電圧を、水平走査ミラー１７８に供給する。垂直スキャナドライバ１７７は、走査制御部１４０の制御により、垂直走査ミラー１７９を所定の周波数で揺動させるための駆動電圧を、垂直走査ミラー１７９に供給する。

走査ミラー部１７０は、所定の周波数で揺動しながら、レーザ光源部１６４から出力されたレーザ光を反射することにより、表示画像を描画させる。走査ミラー部１７０は、表示画像の横方向に対応する走査を行う水平走査ミラー１７８、および表示画像の縦方向に対応する走査を行う垂直走査ミラー１７９を備える。

水平走査ミラー１７８は、画像処理部１２０が供給した水平方向の駆動電圧に基づき、レーザ光源部１６４から出力されたレーザ光を、水平方向に走査する。水平走査ミラー１７８は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板をエッチング等の処理を行うことにより形成されたＭＥＭＳミラー等である。また、水平走査ミラー１７８は、その構成に圧電素子を備え、水平スキャナドライバ１７６から供給される駆動電圧が圧電素子を駆動することにより、所定の周波数で揺動する。

垂直走査ミラー１７９は、画像処理部１２０が供給した垂直方向の駆動電圧に基づき、水平走査ミラー１７８が走査したレーザ光を、垂直方向に走査する。垂直走査ミラー１７９は、フレキシブル基板上に、シリコンミラーおよび駆動コイルを備える構成である。垂直走査ミラー１７９は、垂直スキャナドライバ１７７から供給される駆動電圧が駆動コイルに印加され、図示しない磁石の磁力によって、所定の周波数で揺動する。

また、水平走査ミラー１７８および垂直走査ミラー１７９は、その構成として圧電膜やホール素子等により、揺動角や周波数を検出する。走査制御部１４０は、これら検出された揺動角や周波数を取得し、走査制御にフィードバックさせる。

上記説明においては、レーザ光源部１６４から出力されたレーザ光の光路を、水平走査ミラー１７８による走査後、水平走査ミラー１７８による走査としたが、水平走査ミラー１７８および水平走査ミラー１７８の走査順は逆であってもよい。

水平走査ミラー１７８および垂直走査ミラー１７９の走査により、レーザ光を走査可能となる範囲を、走査範囲２００とする。また、走査範囲２００において、表示画像を描画するための範囲を、描画エリア２０２とし、走査範囲２００における描画エリア２０２以外の範囲を、ブランキングエリア２０４とする。

次に、図３により、走査範囲２００における表示画像の描画について説明する。図３は、走査範囲を模式的に示した図である。走査範囲２００は、水平走査ミラー１７８および垂直走査ミラー１７９の揺動角により、レーザ光を走査可能な範囲である。レーザ光は、水平走査ミラー１７８および垂直走査ミラー１７９の揺動により、レーザ走査軌跡２０６のように、水平方向を左右に走査しながら垂直方向の走査を行う。図３は模式図であるため、レーザ走査軌跡２０６の走査数を少なく記載しているが、実際には、表示画像の１フレーム毎の解像度によって決められる。具体例としては、水平走査ミラー１７８の揺動により、１フレームの描画に対して、水平方向のレーザ走査軌跡２０６が２４０往復分、従って４８０本のレーザ走査軌跡２０６が走査される。また、垂直走査ミラー１７９の揺動は、１フレームの描画に対して上下方向１往復であるが、毎秒６０往復の走査を行うことにより、毎秒６０フレームの画像を描画する。

描画エリア２０２は、走査範囲２００において、表示画像を描画するためにレーザ光が発光する範囲である。具体的には、描画エリア２０２の全面においてレーザ光が発光しているわけではなく、表示画像が描画エリア２０２に表示されるよう、表示画像の形状や色調に応じて、描画制御部１３２が、赤色レーザダイオード１６２Ｒ、緑色レーザダイオード１６２Ｇ、青色レーザダイオード１６２Ｂの各々の出力レベル、発光タイミングを制御している。

ブランキングエリア２０４は、表示画像の描画には用いられないが、ブランキングエリア２０４の所定の走査位置において、ＡＰＣのためのレーザ光が出力される。ＡＰＣのためにレーザ光が出力される所定の走査位置を、以下ＡＰＣエリア２０８とする。ＡＰＣエリア２０８の位置については、後述する。

本発明の画像表示装置１００は、ヘッドアップディスプレイ等に用いられるため、描画エリア２０２のレーザ光は、ユーザに虚像を提示するため、ユーザに視認可能なように投映する必要が有る。しかし、ＡＰＣエリア２０８が形成されるブランキングエリア２０４は、ユーザに視認されない構成とする必要がある。以下、図４および図５により、ブランキングエリア２０４においてレーザ光が出力されても、ユーザに視認されないための構造について説明する。

図４は、画像表示装置１００の光射出ユニット１９０と光射出ユニット１９０を囲う筐体３００、およびレーザ光の走査範囲の関係を模式的に示した図であり、上面図である。光射出ユニット１９０は、画像表示装置１００の内部に備えられているモジュールであり、レーザ光源部１６４および走査ミラー部１７０を各々モジュールとして備える。図４は、模式図であるため、走査ミラー部１７０から出力されたレーザ光が、直接投映面４００まで達するように記載されているが、実際には、図示しない平面ミラーを介して、レーザ光は投映面に達する構成となる。ここでいう投映面とは、中間像スクリーンである。

筐体３００は、金属板等を用いて箱状に構成され、その内部に光射出ユニット１９０が配置されている。筐体３００は、走査ミラー部１７０によって走査されたレーザ光が出射する方向に、開口部３１０を備える。開口部３１０の形状は、図５に示すように矩形であり、開口部３１０の位置における描画エリア２０２の形状に一致またはほぼ一致する。

走査ミラー部１７０で走査されたレーザ光は、描画エリア２０２を走査するレーザ光のみが開口部３１０を通過して、投映面４００に達する。また、ブランキングエリア２０４を走査するレーザ光は、その進行方向に筐体３００が存在することにより遮光されるため投映面４００には到達しない。このため、ブランキングエリア２０４のいずれの位置においてレーザ光が出力されても、筐体３００によってレーザ光は遮光され、ユーザが視認できない構成となっている。しかし、上述したように、ブランキングエリア２０４において出力されたレーザ光は、筐体３００の開口部３１０に近い位置で反射する。このために、反射した迷光が開口部３１０を通過した描画エリア２０２の表示画像に影響してしまう。

次に、本発明の実施形態であるＡＰＣの動作について、図６から図１１により説明する。

図６は、画像表示装置１００による、ＡＰＣの動作を説明したフロー図である。先ず、出力調整制御部１３４は、ＡＰＣが実行されるタイミングであるか否かを判断する（ステップＳ１０）。ＡＰＣが実行されるタイミングは、任意である。具体的には、画像表示中における所定時間毎または所定フレーム毎に行う。例えば、６０秒毎や３６００フレーム毎などである。また、画像表示装置１００の起動時に行ってもよい。画像表示装置１００の起動時は、画像表示装置１００の利用環境の温度が低い場合など、ＡＰＣによる調整が最も必要とされるタイミングである。

ステップＳ１０において、ＡＰＣが実行されるタイミングではないと判断された場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、再度ステップＳ１０の判断を実行する。ＡＰＣが実行されるタイミングの設定によっては、ステップＳ１０がＮｏの判断の後、所定時間経過を判断するステップを含んでもよい。また、ＡＰＣが実行されるタイミングが、画像表示装置１００の起動後に設定されている場合は、ステップＳ１０の処理を省略し、画像表示装置１００の起動後に、ステップＳ１１以降を実行してもよい。

ステップＳ１０において、ＡＰＣが実行されるタイミングであると判断された場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、出力調整制御部１３４は、ＡＰＣ実行タイミングに表示される表示画像を構成するフレーム画像（ｎ番目のフレーム画像）に基づく、輝度検出部１２２の検出結果により、ＡＰＣエリアを確定させる（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の処理を、図７により説明する。

図７において、輝度検出部１２２は、ステップＳ１０においてＡＰＣを実行するタイミングとなった直後のフレーム画像を取得し、所定の分割エリアに分割する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０の処理における分割エリアは、予め定められた分割形態であるが、表示画像の内容によっては、適宜分割形態を変化させてもよい。

ステップＳ２０の処理後、輝度検出部１２２は、分割エリア毎の明るさを取得する（ステップＳ２１）。具体的には、輝度検出部１２２は、表示画像を構成する画素毎の輝度情報を取得し、分割エリア毎の輝度の総和を算出する。分割エリアの面積が分割エリア毎に異なる場合は、輝度の総和に対して、分割エリアの面積比や分割エリアを構成する画素数で割ることで、適切な比較対象とすることができる。

次に、出力調整制御部１３４は、ステップＳ２１の処理で輝度検出部１２２により取得された各分割エリアの明るさを比較して、最も明るい分割エリアの近傍を、ＡＰＣエリアとして確定する（ステップＳ２２）。

ステップＳ２０からステップＳ２２の処理を、図８を用いて説明する。図８は、ステップＳ２０において分割された分割エリアおよびステップＳ２２において確定される対象である、ＡＰＣエリアを模式的に示した図である。また、図８においては、分割されるフレーム画像を、表示画像が描画される描画エリア２０２に置き換えて示している。

ステップＳ２０の処理として、輝度検出部１２２は、分割する対象の表示画像を構成するフレーム画像を９分割する。９分割された画像は、分割エリア２０３として示す。ステップＳ２１の処理として、輝度検出部１２２は、分割エリアとして画像の外周に存在する、分割エリア２０３ａ〜分割エリア２０３ｈの輝度の総和を算出することにより、分割エリア毎の明るさを取得する。

ステップＳ２２の処理として、出力調整制御部１３４は、分割エリア２０３ａ〜分割エリア２０３ｈの明るさを比較して、最も明るい分割エリアを特定するとともに、最も明るい分割エリアの近傍を、ＡＰＣエリアとして確定する。例えば、分割エリア２０３ａが最も明るい分割エリアであると判断された場合、ＡＰＣエリア２０８ａをＡＰＣ動作を行うためのＡＰＣエリアとして確定する。

図８に示すように、分割エリア２０３ａ〜分割エリア２０３ｈに対応してＡＰＣエリア２０８ａ〜ＡＰＣエリア２０８ｈが設定されている。このため、分割エリア２０３ａ〜分割エリア２０３ｈのいずれかが最も明るい分割エリアであると判断された場合、対応するＡＰＣエリア２０８ａ〜ＡＰＣエリア２０８ｈのいずれかが、ＡＰＣ動作を行うためのＡＰＣエリアとして確定される。

また、ステップＳ１１の他の実施形態としては、図７で説明した処理に代えてまたは加えて、分割エリア毎の描画面積が多い分割エリアを輝度の高い分割エリアと判断してもよい。画像表示装置１００は、ヘッドアップディスプレイとして用いられる場合、描画エリア２０２の全面に対して描画が行われず、描画エリア２０２において部分的に描画されることがある。具体例としては、文字情報や記号情報が描画される場合、描画される文字情報または記号情報の背景は、レーザ光による描画が行われない範囲となる場合がある。描画面積が多い分割エリアを輝度の高い分割エリアとすることは、表示画像データに基づいて、文字や記号を主とした描画を行う場合や、描画画像の変化が少ない場合に適切である。

図９は、ＡＰＣエリアを確定させる他の処理例を説明しており、図７におけるステップＳ２０同様に、ＡＰＣを実行するタイミングとなった直後のフレーム画像を取得し、所定の分割エリアに分割する（ステップＳ３０）。

ステップＳ３０の処理後、輝度検出部１２２は、分割エリア毎の描画面積を取得する（ステップＳ３１）。具体的には、輝度検出部１２２は、表示画像を構成する画素毎の表示情報有無を取得し、分割エリア毎の表示情報がある画素数を算出する。表示情報がある画素は、その表示情報に基づきレーザ光が照射される画素である。分割エリアの面積が分割エリア毎に異なる場合は、表示情報がある画素数を分割エリアの面積比や分割エリアを構成する画素数で割ることで、適切な比較対象とすることができる。また、分割エリア毎の表示情報がある画素数は、分割エリア毎の画像描画面積を示す。

次に、出力調整制御部１３４は、ステップＳ３１の処理で輝度検出部１２２により取得された各分割エリアにおける画像描画面積を比較して、最も画像描画面積の多い分割エリアを最も輝度の高い分割エリアであると判断し、その近傍を、ＡＰＣエリアとして確定する（ステップＳ３２）。

図６におけるステップＳ１１の処理においては、図７で説明したＡＰＣエリア確定処理および図９で説明したＡＰＣエリア確定処理を組合せた処理としてもよい。また、描画エリア２０２における輝度の高い範囲を検出する手法は、これらの処理に限定される必要はない。

図１０および図１１は、分割エリアおよびＡＰＣエリアの他の例を模式的に示した図である。図１０は、４分割された形態であり、分割エリア２０３ｉ〜分割エリア２０３ｌに対応してＡＰＣエリア２０８ｉ〜ＡＰＣエリア２０８ｌが設定されている。図１１は、表示画像の周辺部分のみを分割エリアとして設定した例であり、分割エリア２０３ｍ〜分割エリア２０３ｘに対応してＡＰＣエリア２０８ｍ〜ＡＰＣエリア２０８ｘが設定されている。

図８、図１０および図１１においては、ＡＰＣエリア２０８を矩形として示したが、実際にはＡＰＣエリア２０８を通過するレーザ光の走査軌跡において、レーザ光を出力する範囲であるため、矩形に限らない場合もある。

図６に戻り、ステップＳ１１においてＡＰＣエリアが特定された後、出力調整制御部１３４は、ＡＰＣエリアが特定されたｎ番目のフレーム画像を走査する際に、特定されたＡＰＣエリアにおいて、赤色レーザダイオード１６２Ｒがレーザ光を出力するよう、レーザドライバ１６０を制御する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２において出力された赤色レーザダイオード１６２Ｒのレーザ光を、測定部１８０が測定し、その測定値を出力調整制御部１３４が取得する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１２およびステップＳ１３の処理と同様に、緑色レーザダイオード１６２Ｇの測定値を、ｎ＋１番目のフレーム画像を走査する際に、取得する（ステップＳ１４、ステップＳ１５）。同様に、青色レーザダイオード１６２Ｂの測定値を、ｎ＋２番目のフレーム画像を走査する際に、取得する（ステップＳ１６、ステップＳ１７）。各色のレーザダイオード１６２の測定順は、任意である。

ステップＳ１２からステップＳ１７までの処理において、各色のレーザダイオード１６２の測定値を取得した後、出力調整制御部１３４は、測定値に基づいて各色のレーザダイオード１６２が適切な光量で発光する駆動電流で駆動されるように、レーザドライバ１６０を制御する。

以上の説明に基づき、図１２により具体的な表示画像の例として説明する。図１２は、本発明の画像表示装置１００を、車両において用いられるヘッドアップディスプレイとして利用した場合に、虚像として提示される、経路案内を目的とした表示画像５００の例である。このような表示画像５００は、ナビゲーション装置から画像表示装置１００に供給される。

図１２に例示した表示画像５００は、経路案内結果に基づき指針となる地点名などを示す文字表示部５０２、指針となる地点における移動方向などを矢印などの記号として示す矢印表示部５０４、指針となる地点を含む進行方向などを地図画像に重畳させて示す地図表示部５０６から構成される。

ヘッドアップディスプレイにより、図１２に例示したような表示画像５００を虚像として提示する場合は、文字表示部５０２および矢印表示部５０４の文字情報および矢印画像の背景は、無彩色であることが多い。つまり、文字情報および矢印画像を構成する線や面をレーザ光が走査する場合、文字情報および矢印画像に対応する位置のみレーザ光が出力され、背景をレーザ光が走査する場合は、レーザ光は出力されない。

地図表示部５０６については、道路を示す線および面や、道路以外の地面を示す面、空を示す面、建物を構成する線と面は、彩色されることが多く、これらの構成要素をレーザ光が走査する場合は、適切な輝度と色調によりレーザ光が出力される。

したがって、図１２に例示した表示画像５００を、図８に示した分割エリア２０３およびＡＰＣエリア２０８に対応つけると、地図表示部５０６における左上方向である、空を主に構成している部分、図８においては分割エリア２０３ａが最も明るいと判断される。このため、本発明の処理によって、分割エリア２０３ａに対応するＡＰＣエリア２０８ａを用いて、ＡＰＣの処理を行う。

このような処理を行うことで、本発明の画像表示装置１００は、ＡＰＣ動作中であっても高品位の表示画像を虚像として提示することができる。特に、夜間など周辺光量が少なく、表示画像を低輝度で描画する場合、ＡＰＣのためのレーザ光による迷光の影響を少なくすることができる。

次に、本実施形態であるＡＰＣの動作の変形例について、図１３から図１５を用いて説明する。図１３は、画像表示装置１００による、ＡＰＣの動作の変形例を説明したフロー図である。

先ず、出力調整制御部１３４は、ＡＰＣが実行されるタイミングであるか否かを判断し（ステップＳ１０）、ＡＰＣ実行タイミングに表示される表示画像を構成するフレーム画像（ｎ番目のフレーム画像）に基づく、輝度検出部１２２の検出結果により、ＡＰＣエリアを確定させる（ステップＳ１１）。ステップＳ１０およびステップＳ１１までの処理は、図６に示した実施形態と同一である。

次に、出力調整制御部１３４は、ステップＳ１１で確定したＡＰＣエリアにおける輝度情報に基づいて、ＡＰＣ期間を設定する（ステップＳ４０）。ステップＳ４０の処理例を図１４に示す。

先ず、出力調整制御部１３４は、ステップＳ１１において確定された最も輝度の高い分割エリアにおける輝度の総和を算出する（ステップＳ５０）。ステップＳ５０の処理は、図７に示すステップＳ２１の処理において求められた値を用いてもよい。

次に、出力調整制御部１３４は、ステップＳ５０で取得した輝度の総和を、予め設定された閾値と比較し、閾値に対する大小関係を判断する（ステップＳ５１、ステップＳ５２）。本実施形態においては、第一の閾値および第二の閾値を用いているが、対比する閾値は、単一の閾値であってもさらに多い閾値であってもよい。また、閾値は固定値であっても、画像表示装置１００の外部における光量に対応する変動値であってもよい。

図１４に説明した例は、第一の閾値および第二の閾値を用い、最も輝度の高い分割エリアにおける輝度の総和が第一の閾値未満であれば、ＡＰＣ光を出射する期間をデフォルト値より短くする（ステップＳ５３）。また、第一の閾値以上且つ第二の閾値未満であれば、ＡＰＣ光を出射する期間をデフォルト値とし（ステップＳ５４）、第二の閾値以上であれば、ＡＰＣ光を出射する期間をデフォルト値より長く設定する（ステップＳ５５）。

図１３に戻り、ステップＳ４１からステップＳ４８の処理として、図６におけるステップＳ１２からステップＳ１７と同様に、各々のレーザダイオード１６２を、特定されたＡＰＣエリアで出力させ、その測定値を出力調整制御部１３４が取得する。その際に、各々のレーザダイオード１６２の出力期間は、ステップＳ４０で設定された期間となる。

図１５は、図１３におけるステップＳ４１、ステップＳ４３およびステップＳ４５の処理として、ステップＳ４０の処理で設定されたＡＰＣ期間による発光の例である。図１５の例は、最も輝度の高い分割エリアが分割エリア２０３ｉであると判断され、ＡＰＣ動作を行うためのＡＰＣエリアがＡＰＣエリア２０８ｉとして確定された場合の例である。

図１５（Ａ）は、図１４に示した処理でＡＰＣ光の走査期間をデフォルト値として設定された場合のＡＰＣエリア２０８ｉの例を示している。ここで設定されているＡＰＣ光の走査期間は、水平走査ミラー１７８が走査する水平方向振幅における、最も輝度の高い分割エリア２０３ｉの近傍且つ他の分割エリアにＡＰＣ光の迷光による影響を与えない程度の期間である。

図１５（Ｂ）は、図１４に示した処理でＡＰＣ光の走査期間がデフォルト値より短く設定された場合のＡＰＣエリア２０８ｉの例を示している。この場合、最も輝度の高い分割エリアは分割エリア２０３ｉと判断されているが、描画エリア２０２全体の表示画像が暗めの画像であるため、ＡＰＣ光の走査期間は短く設定される。このような処理を行うことにより、ＡＰＣ光の迷光による影響が目立ちやすい暗めの映像描画時においては、ＡＰＣ光の出射期間を短くすることで、ＡＰＣ光の迷光による影響をさらに低減することができる。

図１５（Ｃ）は、図１４に示した処理でＡＰＣ光の走査期間がデフォルト値より長く設定された場合のＡＰＣエリア２０８ｉの例を示している。この場合、最も輝度の高い分割エリアは分割エリア２０３ｉと判断され、少なくとも分割エリア２０３ｉの輝度は通常より高い表示画像の場合であるため、ＡＰＣ光の走査期間は長く設定される。このような処理を行うことにより、ＡＰＣ光の迷光による影響が目立ちにくい明るい映像描画時においては、ＡＰＣ光の出射時間を長くすることで、ＡＰＣ光の迷光による影響が少ない状態のままＡＰＣ光の測定精度を向上させることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られたものではなく、主旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上記実施形態として、表示画像を複数フレーム画像によって構成される静止画を前提として説明したが、複数フレーム画像によって構成される動画像であってもよい。この場合、輝度検出部１２２は、所定期間の動画像を構成する全フレームを対象に、積算した分割エリア毎の明るさを取得する。

また、上記実施の形態においては、走査ミラー部１７０の構成として垂直走査ミラー１７９および水平走査ミラー１７８を備え、垂直スキャナドライバ１７７および水平スキャナドライバ１７６の駆動信号により駆動される構成とした。このような構成において、水平走査ミラー１７８は、水平スキャナドライバ１７６を省略し、自励発振する構成であってもよい。また、走査ミラー部１７０は、単一の走査ミラーを用いて、水平方向および垂直方向を走査する形態であってもよい。

１００ 画像表示装置
１０２ ダイクロイックミラー
１１０ 制御部
１２０ 画像処理部
１２２ 輝度検出部
１３０ レーザ光制御部
１３２ 描画制御部
１３４ 出力調整制御部
１４０ 走査制御部
１５０ ＤＤＲメモリ
１５２ フラッシュメモリ
１５４ マイコン
１５６ ＥＥＰＲＯＭ
１６０ レーザドライバ
１６２ レーザダイオード
１６２Ｒ 赤色レーザダイオード
１６２Ｇ 緑色レーザダイオード
１６２Ｂ 青色レーザダイオード
１６４ レーザ光源部
１７０ 走査ミラー部
１７３ スキャナドライバ
１７６ 水平スキャナドライバ
１７７ 垂直スキャナドライバ
１７８ 水平走査ミラー
１７９ 垂直走査ミラー
１８０ 測定部
１９０ 光射出ユニット
２００ 走査範囲
２０２ 描画エリア
２０３ 分割エリア
２０４ ブランキングエリア
２０６ レーザ走査軌跡
２０８ ＡＰＣエリア
３００ 筐体
３１０ 開口部
４００ 投映面
５００ 表示画像
５０２ 文字表示部
５０４ 矢印表示部
５０６ 地図表示部

Claims (6)

1. レーザ光源部、
   前記レーザ光源部が出力したレーザ光を反射させて走査する走査ミラー部、
   入力された表示画像データに基づく表示画像の輝度の高い範囲を検出する輝度検出部、
   入力された表示画像データに基づき、前記走査ミラー部の走査範囲より狭い範囲において表示画像が描画されるように、前記レーザ光源部を制御する描画制御部、
   前記走査ミラー部の走査範囲における前記表示画像が描画される範囲外であり、且つ前記輝度検出部が検出した輝度の高い範囲の近傍に、レーザ光の出力を調整するためのレーザ光が出力されるように、前記レーザ光源部を制御する出力調整制御部、
   を備えることを特徴とする、画像表示装置。
2. 前記輝度検出部は、前記表示画像データに基づく表示画像において前記レーザ光による画像描画面積が多い範囲を輝度の高い範囲として検出する、
   請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記輝度検出部は、前記表示画像を複数エリアに区分し、前記複数エリアのうち、前記表示画像の辺部に位置するエリア毎の輝度に基づき、輝度の高い範囲を検出する、
   請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記出力調整制御部は、前記輝度検出部が検出した範囲の輝度に応じて、レーザ光の出力を調整するためのレーザ光を出力する期間を変更する、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像描画装置。
5. 前記走査ミラー部の反射により走査されたレーザ光の投射方向に開口部を備える筐体をさらに備え、
   前記筐体は、前記走査ミラー部の走査範囲における前記表示画像が描画される範囲のレーザ光を前記開口部により通過させ、前記表示画像が描画される範囲を除いた範囲を遮蔽する、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
6. 入力された表示画像データに基づく表示画像の輝度の高い範囲を検出する輝度検出ステップ、
   前記表示画像データに基づき、レーザ光源部が出力したレーザ光を反射させて走査する走査ミラー部の走査範囲より狭い範囲において前記表示画像が描画されるように、前記レーザ光源部を制御する描画制御ステップ、
   前記描画制御ステップによって前記表示画像が描画される範囲外であり、且つ前記輝度検出ステップにおいて検出された輝度の高い範囲の近傍に、レーザ光の出力を調整するためのレーザ光が出力されるように、前記レーザ光源部を制御する出力調整制御ステップ、
   を備えることを特徴とする、画像表示調整方法。

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