JP2016006496A - 光源装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低輝度から高輝度までの広い輝度範囲において、光源の光強度特性が変化した場合でも所望の光強度の光を出力可能とする。【解決手段】光源１１は、画像信号に基づいた出力の画像光と一定出力の検査用光を出射し、光分岐部１５は、光源１１からの光を分岐し、光検出部１６は、光分岐部１５が分岐した反射光Ｃ１の光強度を検出し、信号変換部５００は、光検出部１６からの第１検出信号Ｐ１を変換して第３検出信号Ｐ３として出力し、主制御部４００は、第３検出信号Ｐ３を入力し、この第３検出信号Ｐ３に基づいて、画像光の出力を制御し、リフレッシュ部６００は、主制御部４００に入力する第３検出信号Ｐ３をリフレッシュする。【選択図】図６

Description

本発明は、光を出力する光源装置と、この光源装置から出射された光を空間光変調することにより画像を生成する表示装置に関するものである。

表示装置は、例えば、光源装置が出射したレーザー光を走査部が走査することで画像を生成するものがある。このような光源装置は、使用環境の温度変化等により、出射される光の光強度が変化してしまい、表示装置で生成される画像が所望の輝度や色で表示されないといった問題があった。

このような問題を解決するため、光源装置からの光強度を検出し、この検出した光強度に基づき、光源装置を制御することで、所望の光強度を出力させる技術が知られている。

特許文献１には、図１３に示すように、走査部が所定の走査範囲７０１を有し、この走査範囲７０１内の一部にユーザが視認可能な有効走査範囲７０２を設け、走査範囲７０１内であり、かつ有効走査範囲７０２の外に光センサ８００を配置し、走査部が光を走査し、光センサ８００上を通過した際の光センサ８００の検出信号を下に、光源装置を制御するものが開示されている。

また、特許文献２には、図１４に示すように、光源からの光９００を受光し、一部を反射光９０１として光センサ８００方向に反射し、一部を透過光９０２として走査部側へ透過する反射透過部９１０を備え、光源から出力される光９００の反射光９０１を常に光センサ８００に入光させ、光センサ８００の検出信号を下に、光源装置を制御するものが開示されている。

特開２００８−２３３５６２号公報 特開２０１４−０８６４２６号公報

特許文献１に開示されているように走査範囲７０１に光センサ８００を配置した場合、光センサ８００で光検出可能な時間が、走査部が光センサ８００上を走査した短い期間だけであり、十分な光検出信号を入力できないおそれがあった。

また、特許文献２に開示されたように、常に光センサ８００が光源からの光９００の一部を入力している場合、光源に検出用光を出力させて、その検出用光を光センサ８００で検出しようとすると、その直前に光センサ８００に入力していた光による検出信号の影響を受けて、正確な光強度検出ができないおそれがあった。

車両に搭載される場合、表示される画像は、昼間の明るい環境で視認できるような高輝度から夜間でも眩しく感じない低輝度まで必要とされる。光センサ８００に入射される光の光強度が低い場合、光センサ８００と制御部との間に検出信号を増幅する増幅回路や積分回路を配置することが考えられるが、このように増幅回路や積分回路を用いた場合、前述したような直前の検出信号の影響をより受け易くしてしまうという問題があり、改善の余地があった。

したがって、本発明は、低輝度から高輝度までの広い輝度範囲において、光源の光強度特性が変化した場合でも所望の光強度の光を出力可能な光源装置と、この光源装置を用いた表示装置を提供する。

本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち、本発明の第１の発明における光源装置は、画像信号に基づいた出力の画像光を少なくとも出射可能な光源と、前記光源からの光を分岐する光分岐部と、前記光分岐部が分岐した光の光強度を検出する光検出部と、前記光検出部からの検出信号を変換して変換信号として出力する信号変換部と、入力した前記変換信号に基づいて、前記画像光の出力を制御する制御部と、前記制御部に入力する前記変換信号をリフレッシュするリフレッシュ部と、を備える。

また、第２の発明における表示装置は、画像信号に基づいた出力の画像光と一定出力の検査用光を出射可能な光源と、前記光源からの光を分岐する光分岐部と、前記光分岐部が分岐した一部の光の光強度を検出する光検出部と、前記光分岐部からの一部の光を入射し、入射した光を走査することで画像を生成する走査部と、前記走査部の走査位置を検出する走査位置検出手段と、前記光検出部からの検出信号を変換して変換信号として出力する信号変換部と、前記変換信号を入力し、前記検査用光の前記変換信号に基づいて、前記画像光の出力を制御する制御部と、前記走査位置検出手段が検出する前記走査部の走査位置に基づいたタイミングで、前記制御部に入力する前記変換信号をリフレッシュするリフレッシュ部と、を備える。

また、第３の発明における表示装置は、画像信号に基づいた出力の画像光を少なくとも出射可能な光源と、前記光源からの光を分岐する光分岐部と、前記光分岐部が分岐した一部の光の光強度を検出する光検出部と、前記光分岐部からの一部の光を入射し、入射した光を反射することで空間光変調する反射型画像生成部と、前記光検出部からの検出信号を変換して変換信号として出力する信号変換部と、前記変換信号を入力し、前記画像光の前記変換信号に基づいて、前記画像光の出力を制御する制御部と、前記制御部に入力する前記変換信号をリフレッシュ可能なリフレッシュ部と、を備える。

本発明は、低輝度から高輝度までの広い輝度範囲において、光源の光強度特性が変化した場合でも所望の光強度の光を出力可能することができる。

本発明の実施形態に係るＨＵＤ装置の搭載態様を説明するための図である。 上記実施形態のＨＵＤ装置の概略断面図である。 上記実施形態の光源装置の概略断面図である。 上記実施形態のスクリーン上の走査態様を示す図である。 上記実施形態のＨＵＤ装置における走査位置の時間推移を表す図であり、（ａ）は副走査位置の時間推移であり、（ｂ）は主走査位置の時間推移である。 上記実施形態のＨＵＤ装置における電気構成図である。 上記実施形態の信号変換部及びリフレッシュ部を説明する図である。 上記実施形態のＨＵＤ装置における光強度補正処理の動作フロー図である。 上記実施形態の各種信号のタイミングチャートである。 フィールドシーケンシャルカラー方式におけるフレームＦを時分割したサブフレームＳＦの例を説明するための図である。 本発明の実施形態におけるリフレッシュ部の動作の例と信号変換部から出力される第３検出信号の例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるリフレッシュ部の動作の例と信号変換部から出力される第３検出信号の例を示すフローチャートである。 従来の投影型表示装置における光検出部の配置を示す図である。 従来の投影型表示装置における光検出部の配置を示す図である。

以下、添付の図面に基づいて、本発明の表示装置を車両に搭載するヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）に適用した一実施形態について説明する。

本発明の実施形態に係るＨＵＤ装置１は、図１に示すように、車両２のダッシュボードに配設され、所定の情報を報知する画像Ｍ（図２参照）を表す表示光Ｋをウインドシールド２ａに向けて出射する。ウインドシールド２ａで反射した表示光Ｋは、観察者３（主に、車両２の運転者）により、ウインドシールド２ａの前方に形成された虚像Ｖとして視認される。このようにしてＨＵＤ装置１は、観察者３に虚像Ｖを視認させる。

ＨＵＤ装置１は、図２に示しように、光源装置１０と、走査部２０と、スクリーン３０と、第１反射部４０と、第２反射部５０と、筐体６０と、外光センサ７０と、を備える。

（光源装置１０）
光源装置１０は、後述する合成レーザー光Ｃを走査部２０に向け出射するものであり、図３に示すように、光源１１と、集光部１２と、光合成部１３と、調光部１４と、光分岐部１５と、光検出部１６と、を有する。

光源１１は、後述する光源制御部１００の制御のもと、各々が所定の光強度及びタイミングでレーザー光を出射するものであり、青色のレーザー光Ｂを出射する第１光源１１ａと、緑色のレーザー光Ｇを出射する第２光源１１ｂと、赤色のレーザー光Ｒを出射する第３光源１１ｃと、を有する。

集光部１２は、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃが出射した各レーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒを集光し、スポット径を小さくして収束光とするものであり、青色のレーザー光Ｂを集光する第１集光部１２ａと、緑色のレーザー光Ｇを集光する第２集光部１２ｂと、赤色のレーザー光Ｒを集光する第３集光部１２ｃと、を有する。

光合成部１３は、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃから出射され、集光部１２を介して到達した各レーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒの光軸を合わせて合成レーザー光Ｃとして出射するものであり、青色のレーザー光Ｂの光軸を調整する第１光合成部１３ａと、緑色のレーザー光Ｇの光軸を調整する第２光合成部１３ｂと、赤色のレーザー光Ｒの光軸を調整する第３光合成部１３ｃと、を有する。

調光部１４は、液晶パネル（図示しない）と、液晶パネルを挟む２枚の偏光フィルタ（図示しない）とを備え、処理部４０１が設定した調光値に基づき、後述する調光制御部３００を介して前記液晶パネルを、パルス振幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＡＭ）方式やパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）方式で駆動することにより、合成レーザー光Ｃの透光率を変化させ、調光部１４に入力した合成レーザー光Ｃを所望の光強度に調整する（調光する）。なお、調光部１４は、レーザー光Ｒ、レーザー光Ｇ、レーザー光Ｂを合成した合成レーザー光Ｃを受光する位置に配置されるのではなく、合成する前のレーザー光Ｒ、レーザー光Ｇ、レーザー光Ｂそれぞれの光路に設けられてもよい。

光分岐部１５は、例えば、５％程度の反射率を有する透過性部材からなり、調光部１４から走査部２０までの間の合成レーザー光Ｃの光路上に配設され、調光部１４からの合成レーザー光Ｃの大部分をそのまま透過させるが、一部の光を反射光Ｃ１として後述する光検出部１６の方向へ反射させる。

光検出部１６は、フォトダイオード等からなり、光分岐部１５で反射した反射光Ｃ１を受光し、受光した反射光Ｃ１のうち、各色レーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒそれぞれの光強度を検出する。光検出部１６は、受光した反射光Ｃ１の各色レーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒそれぞれの光強度に応じて第１検出信号Ｐ１を後述する信号変換部５００に出力する。

走査部２０は、光源装置１０からの合成レーザー光Ｃを受光し、後述する走査制御部２００の制御のもとで、受光した合成レーザー光Ｃを、図４に示すように、スクリーン３０上を主走査方向Ｘに複数回走査しながら副走査方向Ｙに走査し、所望の画像Ｍをスクリーン３０上に表示する。

スクリーン３０は、走査部２０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、前面側に画像Ｍを表示するものであり、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板等から構成される。

スクリーン３０は、図４の太線枠で示す領域のように、観察者３が虚像Ｖとして視認可能な領域（つまり、第１反射部４０等で反射され、表示光Ｋとして外部へ出射する領域）である有効表示エリア３０ａと、図４で塗りつぶして示す領域のように、観察者３が視認できない領域である非表示エリア（３０ｂ，３０ｃ）と、に分類される。非表示エリアは、有効表示エリア３０ａを主走査する際の主走査の折り返し位置付近に配置され、主走査をしているときに断続的に有効表示エリア３０ａから切り替わる断続非表示エリア３０ｂ（図４の有効表示エリア３０ａの左右領域）と、副走査をしているときに連続的に有効表示エリア３０ａ外を走査する連続非表示エリア３０ｃ（図４の有効表示エリア３０ａの上下領域）と、に分類される。

ここで、走査部２０は、図４に示すように、合成レーザー光Ｃを、スクリーン３０の走査開始位置Ｆ１から走査終了位置Ｆ４まで走査していき（符号Ｃで示す実線を参照）、走査終了位置Ｆ４に到達すると再び走査開始位置Ｆ１に戻って走査する。走査部２０の走査期間は、図５（ａ）に示すように、有効表示エリア３０ａ及び非表示エリア（３０ｂ，３０ｃ）を走査している期間である実走査期間Ｆａと、走査終了位置Ｆ４から走査開始位置Ｆ１に戻る期間である帰線期間Ｆｂと、に分類される。この走査部２０の走査位置が走査開始位置Ｆ１から走査を開始し、有効表示エリア３０ａ上を走査する表示開始位置Ｆ２及び表示終了位置Ｆ３を経由し、その後、走査終了位置Ｆ４に到達してから再び走査開始位置Ｆ１に帰還するまでのフレーム周期（１フレームＦ）は、ヒトがちらつきを視認できる臨界融合周波数以上の１／６０秒未満（６０Ｈｚ以上）に設定される。

第１反射部４０は、平面鏡等からなり、スクリーン３０に表示された画像Ｍを表す表示光Ｋを受け、第２反射部５０側へ反射させる。

第２反射部５０は、凹面鏡等からなり、第１反射部４０からの表示光Ｋを、ウインドシールド２ａの方向へ反射させる。第２反射部５０で反射した表示光Ｋは、透光部６１を介して、ウインドシールド２ａに到達する。

筐体６０は、光源装置１０と、走査部２０と、スクリーン３０と、第１反射部４０と、第２反射部５０等を収納するものであり、遮光性の部材により形成され、一部に表示光Ｋを透過する透光部６１を有する。

透光部６１は、アクリル等の透光性樹脂からなり、第２反射部５０からの表示光Ｋを透過するものであり、筐体６０に嵌合されている。透光部６１は、到達した外光が観察者３の方向へ反射しないように湾曲形状に形成されている。また、透光部６１の内面には、外光センサ７０を配設し、この外光センサ７０は、ＨＵＤ装置１の外部照度を検出し、照度情報を後述する主制御部４００に出力する。

次に、ＨＵＤ装置１の電気的構成について説明する。ＨＵＤ装置１は、上記したものの他、図６に示すように、光源制御部１００と、走査制御部２００と、調光制御部３００と、光源制御部１００と走査制御部２００及び調光制御部３００を制御する主制御部４００と、を備える。これらの制御部は、例えば、筐体６０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、これらの制御部は、ＨＵＤ装置１の外部に配設され、配線によりＨＵＤ装置１光源１１（光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）、調光部１４（液晶パネル）、走査部２０、光検出部（１６，７０等）と電気的に接続されていてもよい。

光源制御部１００は、光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを駆動するものであり、光源駆動部１０１と、給電部１０２と、を備える。
光源駆動部１０１は、ドライバＩＣ等からなり、主制御部４００の制御のもとで、光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの各々を、ＰＷＭ方式、又は、ＰＡＭ方式により駆動する。
給電部１０２は、光源駆動部１０１を介して、光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃに電力を供給するものであり、電源ＩＣ、トランジスタを用いたスイッチング回路等からなる。

走査制御部２００は、走査部２０を駆動するものであり、走査駆動部２０１と、走査位置検出部２０２と、を備える。
走査駆動部２０１は、ドライバＩＣ等からなり、主制御部４００の制御のもとで、走査部２０を駆動する。
走査位置検出部２０２は、フィードバックデータを算出し、このフィードバックデータを主制御部４００へ出力する。走査位置検出部２０２から出力されるフィードバックデータは、主走査の往復の切り替わりタイミングを示す主走査切り替わりデータ、フレームの切り替わりタイミングを示すフレーム切り替わりデータ等の走査位置に関するデータである。
処理部４０１は、例えば、走査駆動部２０１から入力されるフィードバックデータの主走査切り替わりデータの信号をカウントすることにより、主走査ライン数をカウントし、この主走査ライン数のカウントに基づき、走査部２０の副走査位置を特定し、その副走査位置に基づいた処理を実行する。また、処理部４０１は、走査位置検出部２０２から入力されるフィードバックデータであるフレーム切り替わりデータの信号入力により主走査ライン数のカウントをリセットし、新たなフレームの主走査ライン数のカウントを開始する。

調光制御部３００は、前記液晶パネルを駆動するドライバＩＣ等からなり、主制御部４００からの指示信号に基づいて、調光部１４を駆動するものである。

主制御部４００は、図示しない１つもしくは複数のマイクロプロセッサ，コントローラ，マイクロコントローラ，ＡＳＩＣ，ＦＰＧＡ，任意の他のＩＣなどを有する処理部４０１と、図示しない書き換え可能なメモリであるＲＡＭ、読み出し専用メモリであるＲＯＭ、消去可能なプログラム読み出し専用メモリであるＥＥＰＲＯＭ，不揮発性メモリであるフラッシュメモリなどのプログラムやデータを記憶することができる１つまたは複数のメモリを有する記憶部４０２と、図示しないＡＤ変換部と、を備える。

処理部４０１は、記憶部４０２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。処理部４０１は、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃに検査用光を出力させ、この検査用光の光強度を光検出部１６により検出し、この第１検出信号Ｐ１を後述する信号変換部５００で変換した第３検出信号Ｐ３の電圧レベルに基づき、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの駆動を補正し、所望の光強度を各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃに出力させる。また、処理部４０１は、図示しない車両側のＥＣＵから車両情報などを入力し、車両側のＥＣＵから入力した車両情報などに基づき、走査部２０の走査に同期させた画像データを生成する。処理部４０１は、生成した画像データを画像信号として光源駆動部１０１に出力し、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを所望のタイミング及び出力強度で駆動する。

処理部４０１は、外光センサ７０から外部照度を入力し、この外部照度に基づいて調光値を決定し、調光部１４を制御する。調光部１４の調光に基づいて、光検出部１６が受光する検査用光の強度が変化する。また、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃが出射する検査用光は、例えば、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃに設定された輝度の最大輝度にあたる光である。外部照度が高い（明るい）場合には、輝度の高い画像Ｍを表示するため、調光部１４の調光値は高く設定され、光検出部１６が受光する検査用光の光強度は大きくなり、外部照度が低い（暗い）場合には、輝度の低い画像Ｍを表示するため、調光部１４の調光値は低く設定され、光検出部１６が受光する検査用光の光強度は小さくなる。

また、処理部４０１は、光検出部１６からの第１検出信号Ｐ１を、後述するゲイン切替部５１２を制御することで増幅させる。具体的には、調光部１４により低輝度に調光した検査用光を、光検出部１６が受光した場合、光検出部１６からの検出信号である第１検出信号Ｐ１が小さくなるため、処理部４０１は、後述するゲイン切替部５１２を制御することで、第１検出信号Ｐ１を増幅させる。すなわち、処理部４０１は、調光部１４の調光状態に基づいて、後述するゲイン切替部５１２のゲインを調整する。

また、処理部４０１は、後述するリフレッシュ部６００に接続され、走査位置検出部２０２から入力する走査部２０の走査位置に従い、リフレッシュ部６００をアクティブまたは非アクティブにする。

信号変換部５００は、図７に示すように、光検出部１６に接続され、光検出部１６からの第１検出信号Ｐ１（電流）を主制御部４００からの制御に基づき所定の倍率で増幅した第２検出信号Ｐ２（電圧信号）に変換する増幅回路５１０と、増幅回路５１０からの第２検出信号Ｐ２を積分して主制御部４００に第３検出信号Ｐ３として出力する積分回路５２０と、を備え、光検出部１６からの第１検出信号Ｐ１を増幅及び積分した第３検出信号Ｐ３を主制御部４００に出力するものである。なお、後述するように、信号変換部５００（積分回路５２０）には、主制御部４００に出力する第３検出信号Ｐ３を、主制御部４００が制御するタイミングでリフレッシュするリフレッシュ部６００が接続されている。

増幅回路５１０は、第１オペアンプ５１１と、第１オペアンプ５１１に並列に接続されたゲイン切替部５１２と、を備え、主制御部４００の制御のもと、ゲイン切替部５１２のゲインを切り替えることで、光分岐部１５からの第１検出信号Ｐ１を増幅した第２検出信号Ｐ２を積分回路５２０に出力する。

主制御部４００は、画像Ｍを高輝度で表示させる（高輝度モードの）場合、調光部１４の調光値を高く設定し、透過率を上げることで、光検出部１６に出力の大きい検査用光を入光させる。この場合、光分岐部１５が出力する第１検出信号Ｐ１が大きくなるため、主制御部４００は、ゲイン切替部５１２のゲインを低く設定する。また、主制御部４００は、画像Ｍを低輝度で表示させる（低輝度モードの）場合、調光部１４の調光値を高く設定し、透過率を上げることで、光検出部１６に出力の大きい検査用光を入光させる。この場合、光分岐部１５が出力する第１検出信号Ｐ１が小さくなるため、主制御部４００は、ゲイン切替部５１２のゲインを高く設定する。

積分回路５２０は、増幅回路５１０からの第２検出信号Ｐ２を積分して主制御部４００に第３検出信号Ｐ３を出力する第２オペアンプ５２１と、抵抗器５２２と、コンデンサ５２３などから回路である。第２オペアンプ５２１には、第２オペアンプ５２１の入力端子と出力端子とを、主制御部４００の制御に基づき、接続または切断するリフレッシュ部６００が接続されている。

リフレッシュ部６００は、主制御部４００の制御に基づき、第２オペアンプ５２１の入力端子と出力端子とを接続または切断するものである。主制御部４００がリフレッシュ部６００をアクティブにした場合、リフレッシュ部６００は、第２オペアンプ５２１の入力端子と出力端子とを接続してイマジナリーショートにより第３検出信号Ｐ３を０Ｖにする。また、主制御部４００がリフレッシュ部６００を非アクティブにした場合、リフレッシュ部６００は、第２オペアンプ５２１の入力端子と出力端子とを切断する。すると、第２オペアンプ５２１は、入力した第２検出信号Ｐ２を積分して出力端子から主制御部４００に第３検出信号Ｐ３を出力する。すなわち、リフレッシュ部６００がアクティブである場合、主制御部４００に入力する第３検出信号Ｐ３の電圧レベルは強制的に０Ｖになり、リフレッシュ部６００が非アクティブである場合、主制御部４００に入力する第３検出信号Ｐ３の電圧レベルは時間積分され、時間とともに上昇する。主制御部４００は、積分回路５２０からの第３検出信号Ｐ３のピークの電圧レベルを検出して光源１１の制御を補正する。

以上が、本実施形態におけるＨＵＤ装置１の電気的構成であり、これより、光源１１に所望の光を出力させるために、光源１１の駆動を補正する光強度補正処理について、図８，９を用いて説明する。図８は、光源１１の光強度を補正する光強度補正処理のフロー図であり、図９は、信号のタイミングチャートを示す図であり、図９のａ〜ｅの信号は、図７におけるａ〜ｅの電圧レベルに該当する。

まず、ステップＳ１において、処理部４０１は、外光センサ７０から外部照度を入力し、入力した外部照度に適した画像Ｍの輝度値を記憶部４０２から読み出して設定する。次に、処理部４０１は、ステップＳ２において、決定された輝度値と光源１１のいずれか設定された光色に基づいたゲインを記憶部４０２から読み出し、ゲイン切替部５１２のゲインを調整する。さらに、処理部４０１は、ステップＳ３において、リフレッシュ部６００をアクティブに設定する。これにより、主制御部４００に入力される積分回路５２０からの変換信号は０Ｖとなる。

次に、ステップＳ４において、処理部４０１は、走査位置検出部２０２から走査部２０の走査位置を検出し、走査位置が連続非表示エリア３０ｃであるか判定する。走査位置が連続非表示エリア３０ｃでない場合（ステップＳ４でＮＯ）、リフレッシュ部６００をアクティブにしたまま走査を継続する。また、走査位置が連続非表示エリア３０ｃであった場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、処理部４０１は、ステップＳ５においてリフレッシュ部６００を非アクティブに設定する。

ステップＳ６において、処理部４０１は、図９（ａ）に示すように駆動信号を出力し、光源制御部１００を介して、光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃのうち設定されている光色の光源１１に検査用光を出射させる。すると、ステップＳ７において、光検出部１６は、検査用光を検出し、図９（ｂ）に示すような第１検出信号Ｐ１を信号変換部５００（増幅回路５１０）に出力する。

ステップＳ８において、信号変換部５００は、光検出部１６からの第１検出信号Ｐ１を第３検出信号Ｐ３に変換して主制御部４００に出力する。具体的には、増幅回路５１０は、光検出部１６からの第１検出信号Ｐ１を、ステップＳ２で設定したゲイン値に基づき増幅した第２検出信号Ｐ２（図９（ｃ）参照）に変換して積分回路５２０に出力する。そして、積分回路５２０は、増幅回路５１０からの第２検出信号Ｐ２を積分し、第３検出信号Ｐ３（図９（ｅ）参照）として主制御部４００に出力する。

ステップＳ９において、処理部４０１は、光源１１に所定期間（図９の時間ｔ１〜ｔ２）だけ検査用光を出力させた後、検査用光の出力を停止させる。すると、図９（ｂ）に示すように、光検出部１６からの第１検出信号Ｐ１がなくなるため、積分回路５２０から出力される第３検出信号Ｐ３も時間とともに徐々に低下を始める。処理部４０１は、積分回路５２０から入力される第３検出信号Ｐ３を図示しないＡＤ変換部を介してデジタル信号として入力し、第３検出信号Ｐ３のピークの電圧レベルを記憶部４０２に一時的に記憶する。なお、図９（ｅ）に示すとおり、第３検出信号Ｐ３のピークの電圧レベルは、検査用光がオフされるタイミング（時間ｔ２）であるため、処理部４０１は、検査用光をオフするタイミングの第３検出信号Ｐ３の電圧レベルを記憶部４０２に一時的に記憶するとよい。斯かる構成により、容易に、Ｓ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）が低い第３検出信号（変換信号）Ｐ３のピークを入手することができ、精度の高い検査用光の光強度検出が可能である。

ステップＳ１０において、処理部４０１は、色光ＲＧＢ全ての電圧レベルを取得したかを判断する。色光ＲＧＢ全ての電圧レベルを取得していない場合（ステップＳ１０でＮＯ）、異なる光色の光源１１について検出するべく、ステップＳ２に戻る。また、色光ＲＧＢ全ての電圧レベルを取得した場合（ステップＳ１０でＹＥＳ）、処理部４０１は、外部照度に適した画像Ｍを所望の輝度、所望のホワイトバランスで表示できるように、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの駆動を補正する。

以上が光強度補正処理である。簡潔にこの処理の流れを述べれば、以下のようになる。
・まず、外部照度に基づき画像Ｍを表示する輝度値を設定し、さらに、リフレッシュ部６００により主制御部４００に入力する第３信号Ｐ３をリフレッシュする（０Ｖにする）。
・走査部２０の走査位置が連続非表示エリア３０ｃであるかを判定し、連続非表示エリア３０ｃである場合、リフレッシュ部６００を非アクティブにし、光源１１に出力させた検査用光の第１検出信号Ｐ１を、信号変換部５００で変換して第３検出信号Ｐ３として入力する。
・入力した第３検出信号Ｐ３に基づいて、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの駆動を補正する。

以上に説明した実施形態におけるＨＵＤ装置１によれば、外部照度に適した画像Ｍを生成するために使用する光強度に切り替えた検査用光を、光検出部１６で検出し、これに基づいて光源１１の制御を補正するので、画像Ｍの輝度やホワイトバランスを精度よく調整することができる。

また、光源１１からの光を光分岐部１５により分岐させ、分岐させた色光の一部を光検出部１６で入力することができるため、時間をかけて光強度検出可能である。

また、増幅回路５１０は、検査用光の出力の大きさに基づいて、光検出部１６が生成する第１検出信号Ｐ１を増幅することができるため、低輝度の画像Ｍを生成するため、光強度の小さい検査用光を入力した場合でも信号強度を増加させることができ、精度の高い光強度検出が可能となる。

また、積分回路５２０により検出信号を積分するため、検出信号を平均化することができ、さらに精度の高い光強度検出が可能となる。

また、本実施形態のように、光検出部１６に光源１１からの光が常に入光する場合であっても、光源１１からの検査用光を検出する前に、リフレッシュ部６００により検出信号をリフレッシュするため、検査用光以外の光強度が検出信号に影響することを防止することができ、精度の高い光強度検出が可能となる。

また、走査部２０の走査位置が、連続して有効表示エリア３０ａを走査しない連続非表示エリア３０ｃである間に検出用光の光強度を検出するため、時間をかけて精度の高い検査用光の光強度検出が可能である。

また、１フレーム毎に全ての色の検出を行わないことにより、フレームＦ毎に時間をかけて精度の高い検査用光の光強度検出が可能である。
［変形例］
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。以下に、変形例の一例を記す。

上記実施形態において、光検出部１６からの検出信号に基づいて、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの駆動を補正することで、画像Ｍの輝度やホワイトバランスを調整していたが、光検出部１６からの検出信号に基づいて、調光部１４の駆動を補正することで画像Ｍの輝度やホワイトバランスを調整してもよく、さらに、前記検出信号に基づいて、光源１１及び調光部１４の駆動を補正してもよい。

また、上記実施形態では、処理部４０１は、検出用信号で各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを駆動していない間、信号変換部５００から処理部４０１に入力する第３検出信号Ｐ３をリフレッシュしていたが、少なくとも、処理部４０１が第３検出信号Ｐ３のピークの電圧レベルを取得する前にリフレッシュすればよい。具体的に例えば、処理部４０１は、走査部２０の走査位置が表示終了位置Ｆ３から次の表示開始位置Ｆ２までの間（連続非表示エリア３０ｃ）であり、かつ、検出用信号で各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを駆動した際の第３検出信号Ｐ３のピークの電圧レベルを取得する前に、処理部４０１が入力する第３検出信号Ｐ３をリフレッシュすればよい。

また、処理部４０１がリフレッシュ部６００を駆動するタイミングは、例えば、ＨＵＤ（表示装置）１が画像Ｍを生成するために各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを駆動する画像信号に基づいたタイミングであってもよい。具体的に例えば、処理部４０１は、画像信号で各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを駆動した後であり、かつ、処理部４０１が第３検出信号Ｐ３のピークの電圧レベルを取得する前に、処理部４０１が入力する第３検出信号Ｐ３をリフレッシュすればよい。

なお、走査部２０の走査位置が表示終了位置Ｆ３になった際、もしくは、画像信号で各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを駆動した後に直ちに、処理部４０１が入力する第３検出信号Ｐ３のリフレッシュを開始することで、第３検出信号Ｐ３を確実に減少させ、検出用信号で各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを駆動し、ノイズの少ない第３検出信号Ｐ３のピークの電圧レベルを取得することができる。

また、上記実施形態においては、リフレッシュ部６００を非アクティブにするタイミングと、光源１１が検査用光を出力するタイミングとを同時としていたが、これに限られず、光源１１が検査用光を出力開始した後にリフレッシュ部６００を非アクティブにしてもよい。斯かる構成により、光源１１が出射開始した際の不安定な光の検出信号が主制御部４００に入力されないため、さらに精度の高い光検出が可能となる。

また、調光部１４は、合成レーザー光Ｃの光路上ではなく、合成される前のレーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒのそれぞれに設けてもよく、斯かる構成により、レーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒを個別に調光制御することができる。

また、上記実施形態において、走査部２０の主走査をカウントすることによって、画像調整処理の各制御処理のタイミングを計っていたが、走査時間をカウントするなどあらゆる方法で走査位置を検出してもよい。

また、上記実施形態では、画像Ｍを生成する画像生成部として、光源１１からの合成レーザー光Ｃを走査する走査部２０を用いた例を示したが、本発明の光源装置１０は、光源１１として、青色の光を出射する第１光源１１ａ、緑色の光を出射する第２光源１１ｂ、赤色の光を出射する第３光源１１ｃを、例えば、スポット径を大きくしたＬＥＤなどの光源に置き換えることで、ＤＭＤやＬＣｏｓ（登録商標）などの反射型画像生成部やＴＦＴなどの透過型画像生成部の光源装置として適用することが可能である。本発明の光源装置１０を反射型画像生成部の光源装置に適用した例を以下に説明する。

反射型画像生成部や透過型画像生成部の光源装置として適用される本発明の光源装置１０は、フィールドシーケンシャルカラー（ＦＳＣ）方式で駆動され、１フレームＦ内に各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを時分割して光輝させる。

図１０は、フィールドシーケンシャルカラー方式におけるフレームＦを時分割したサブフレームＳＦの例を説明するための図である。図１０に示されるように、反射型画像生成部に適用する光源装置１０は、例えば、１フレームＦ内に、画像Ｍを生成するために各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを時分割的に光輝させる表示期間Ｆａと、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを消灯する非表示期間Ｆｂと、を含む。表示期間Ｆａは、例えば、青色の光を光源１１ａに出射させる不均等な６つのサブフレーム（ＳＦ５ａ〜ＳＦ０ａ）と、緑色の光を光源１１ｂに出射させる不均等な６つのサブフレーム（ＳＦ５ｂ〜ＳＦ０ｂ）と、赤色の光を光源１１ｃに出射させる不均等な６つのサブフレーム（ＳＦ５ｃ〜ＳＦ０ｃ）と、含み、各色６４階調の表現が可能となっている。

図１１は、フレームＦ内におけるリフレッシュ部６００の動作の例と信号変換部５００から出力される第３検出信号Ｐ３の例を示すフローチャートである。図１１の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃのオン／オフを示し、図１１の（ｄ）は、リフレッシュ部６００のアクティブ／非アクティブを示し、（ｅ）は、処理部４０１に入力される第３検出信号Ｐ３の電圧レベルの大きさを示す図である。なお、図１１では、説明を容易にするために、フレームＦ内におけるサブフレームＳＦの順番を期間が長いものから降順に配置しているが、サブフレームＳＦの順番はこれに限定されない。

本実施形態における光源装置１０は、図１１に示されるように、各サブフレームＳＦ５ａ，ＳＦ５ｂ，ＳＦ５ｃ・・・内で、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを駆動する。なお、各サブフレームＳＦ５ａ，ＳＦ５ｂ，ＳＦ５ｃ・・・内を占める、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを駆動する期間の割合は、求められる虚像Ｖの輝度に従い変化する。

光源１１ａが青色の光を出射する時間ｔ１１から時間ｔ１２まで、処理部４０１は、リフレッシュ部６００を非アクティブにする。これにより、光検出部１６が検出した青色の光強度に基づく第３検出信号Ｐ３が信号変換部５００から処理部４０１に出力される。処理部４０１は、第３検出信号Ｐ３の所定のタイミングにおける電圧レベルを記憶部４０２に一時的に記憶する。具体的に例えば、処理部４０１は、第３検出信号Ｐ３がリフレッシュ部６００によりリフレッシュされる直前のピークの電圧レベルを記憶部４０２に一時的に記憶する。

次に、光源１１ａの駆動が停止してから光源１１ｂが緑色の光を出射するまでの時間ｔ１２からｔ１３まで、処理部４０１は、リフレッシュ部６００をアクティブにする。これにより、第３検出信号Ｐ３をリフレッシュする。

次に、光源１１ｂが緑色の光を出射する時間ｔ１３から時間ｔ１４まで、処理部４０１は、リフレッシュ部６００を非アクティブにする。これにより、光検出部１６が検出した緑色の光強度に基づく第３検出信号Ｐ３が信号変換部５００から処理部４０１に出力される。処理部４０１は、第３検出信号Ｐ３の所定のタイミングにおける電圧レベルを記憶部４０２に一時的に記憶する。

そして、光源１１ｂの駆動が停止してから光源１１ｃが赤色の光を出射するまでの時間ｔ１４からｔ１５まで、処理部４０１は、リフレッシュ部６００をアクティブにする。これにより、第３検出信号Ｐ３をリフレッシュする。

次に、光源１１ｃが赤色の光を出射する時間ｔ１５から時間ｔ１６まで、処理部４０１は、リフレッシュ部６００を非アクティブにする。これにより、光検出部１６が検出した赤色の光強度に基づく第３検出信号Ｐ３が信号変換部５００から処理部４０１に出力される。処理部４０１は、第３検出信号Ｐ３の所定のタイミングにおける電圧レベルを記憶部４０２に一時的に記憶する。

そして、光源１１ｃの駆動が停止してから次のフレームＦの光源１１ａが青色の光を出射するまで、処理部４０１は、リフレッシュ部６００をアクティブにする。これにより、第３検出信号Ｐ３をリフレッシュする。

処理部４０１は、色光ＲＧＢ全ての電圧レベルを取得したかを判断し、色光ＲＧＢ全ての電圧レベルを取得した場合、外部照度に適した画像Ｍを所望の輝度、所望のホワイトバランスで表示できるように、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの駆動を補正する。なお、ここでいう、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの駆動の補正とは、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを駆動する電圧レベルを調整する、または／および各サブフレームＳＦ５ａ，ＳＦ５ｂ，ＳＦ５ｃ・・・内を占める、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを駆動する期間の割合を調整することである。

図１１に示されるように、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの光強度を検出するサブフレームＳＦは、最も長いサブフレームＳＦであることが望ましい。これにより、光検出信号を生成する期間が長くなり、光強度検出の精度を向上させることができる。

なお、図１１に示される例は、フレームＦ毎に各色１回ずつ光強度に基づく電圧レベルを取得していたが、これに限定されず、図１２に示すように、複数のサブフレームＳＦで光強度に基づく電圧レベルを取得し、これらを平均化することで各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの駆動を補正してもよい。これにより、さらに光強度検出の精度を向上させることができる。

また、上記実施形態において、透過膜（光分岐手段）を用いることにより画像Ｍを生成しながら光検出を行っていたが、透過型の光検出部を設け、画像Ｍの生成に用いる光を透過させながら光強度Ｌを検出してもよい。しかし、透過型の光検出部の場合、各色毎に透過率の波長依存性を考慮しなくてはならないので、上記実施形態のように光分岐手段を設ける方が望ましい。

１ ＨＵＤ装置（表示装置）
２ 車両
２ａ ウインドシールド
３ 観察者
１０ 光源装置
１１ 光源
１２ 集光部
１３ 光合成部
１４ 調光部
１５ 光分岐部
１６ 光検出部
２０ 走査部
３０ スクリーン
４０ 第１反射部
５０ 第２反射部
６０ 筐体
７０ 外光センサ
１００ 光源制御部
２００ 走査制御部
３００ 調光制御部
４００ 主制御部
５００ 信号変換部
５１０ 増幅回路
５１１ 第１オペアンプ
５１２ ゲイン切替部
５２０ 積分回路
５２１ 第２オペアンプ
５２２ 抵抗器
５２３ コンデンサ
６００ リフレッシュ部

Ｃ 合成レーザー光
Ｃ１ 第１反射光
Ｃ２ 第２反射光
Ｆ フレーム
Ｆａ 実走査期間
Ｆｂ 帰線期間
Ｆ１ 走査開始位置
Ｆ２ 表示開始位置
Ｆ３ 表示終了位置
Ｆ４ 走査終了位置
Ｋ 表示光
Ｍ 画像
Ｐ１ 第１検出信号（検出信号）
Ｐ２ 第２検出信号（変換信号）
Ｐ３ 第３検出信号（変換信号）
Ｖ 虚像

Claims (9)

1. 画像信号に基づいた出力の画像光を少なくとも出射可能な光源と、
   前記光源からの光を分岐する光分岐部と、
   前記光分岐部が分岐した光の光強度を検出する光検出部と、
   前記光検出部からの検出信号を変換して変換信号として出力する信号変換部と、
   入力した前記変換信号に基づいて、前記画像光の出力を制御する制御部と、
   前記制御部に入力する前記変換信号をリフレッシュするリフレッシュ部と、を備える、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記制御部は、前記リフレッシュ部が前記変換信号をリフレッシュした後に入力される前記変換信号に基づいて、前記光源を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記信号変換部は、前記光検出部からの前記検出信号を積分した変換信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記信号変換部は、前記光検出部からの前記検出信号をゲインに基づき増幅した前記変換信号を出力し、前記ゲインを調整可能な増幅回路を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光源装置。
5. 前記変換信号のピークの電圧レベルに基づき前記画像光の出力を制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光源装置。
6. 前記光源は、前記画像信号に基づかない検査用光を出力可能であり、
   前記制御部は、前記検査用光の前記変換信号に基づき、前記画像光の出力を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光源装置。
7. 前記リフレッシュ部は、前記光源が前記検査用光を出力開始した後にリフレッシュを解除する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の光源装置と、
   前記光源装置から出射された光を第１方向の往復走査を複数回行いながら第２方向の走査を行う走査部と、
   前記走査部の走査位置を検出する走査位置検出手段と、を備え、
   前記リフレッシュ部は、前記走査位置検出手段が検出する前記走査部の走査位置に基づいたタイミングで、前記制御部に入力する前記変換信号をリフレッシュする、
   ことを特徴とする表示装置。
9. 請求項１乃至５のいずれかに記載の光源装置と、
   前記光源装置から出射された光を反射することで空間光変調する反射型画像生成部を備える、
   ことを特徴とする表示装置。

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