JP2017015974A - 投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定輝度未満の画像を投影させたときであっても、色ズレや輝度ムラの発生を低減できる投影装置を提供する。【解決手段】レーザ光を照射することにより、画像を投影させる投影装置１０であって、レーザ光を出力するレーザ光源１０３〜１０５と、レーザ光源１０３〜１０５が出力するレーザ光を走査することにより、画像を投影するＭＥＭＳミラー１１４と、通過する光の光量を切り替える減光部１１２と、前記減光部を制御することにより、所定輝度以上の画像を投影させる第１の輝度モードと、レーザ光の光量の減少率を第１の輝度モードの場合よりも大きくして、所定輝度未満の画像を投影させる第２の輝度モードとを切り替える制御部１２１と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、投影装置に関し、特に、ヘッドアップディスプレイ装置などに用いられる投影装置に関する。

従来、レーザ光を走査して画像を投影するプロジェクタが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１９７１２７号公報

しかしながら、特許文献１のようなプロジェクタ（投影装置）では、輝度が所定輝度未満の画像を表示面に表示させるために、レーザ光の光源部の出力を低下させる場合、光源部から出力されるレーザ光の輝度が不安定になりやすい。このため、所定輝度未満の画像を表示面に表示させたときに、色ズレや輝度ムラが発生する課題がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、所定輝度未満の画像を表示面に表示させたときであっても、色ズレや輝度ムラの発生を低減できる投影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に、本発明の一態様に係る投影装置は、レーザ光を照射することにより、画像を投影させる投影装置であって、レーザ光を出力する光源部と、前記光源部が出力する前記レーザ光を走査することにより、前記画像を投影する投影部と、通過する光の光量を切り替える減光部と、前記減光部を制御することにより、所定輝度以上の画像を投影させる第１の輝度モードと、前記レーザ光の光量の減少率を前記第１の輝度モードの場合よりも大きくして、前記所定輝度未満の画像を投影させる第２の輝度モードとを切り替える制御部と、を備える。

これによれば、所定輝度未満の画像を表示面に表示させる場合において、レーザ光の光量を減光部に減じさせる。このため、例えば安定した輝度が得られる所定出力値以上でレーザ光を出力しても、所定輝度未満の画像を表示面に表示させることができる。このように、所定輝度未満の画像を表示面に表示させる場合であっても、レーザ光の出力値を輝度が不安定になる所定出力値未満の出力値でレーザ光を出力しなくてもよいため、色ズレや輝度ムラの発生が軽減された画像を表示面に表示させることができる。

また、例えば、前記減少率は、前記減光部に入力されたレーザ光の光量に対する前記減光部から出力されたレーザ光の光量の減少率であってもよい。

また、例えば、前記減光部は、光を散乱する散乱素子と、前記散乱素子により散乱された光の一部を通過させるスリットと、を有し、前記散乱素子により光の散乱の度合いを、第１の度合いと前記第１の度合いよりも大きい第２の度合いとの間で切り替えてもよい。

このため、散乱素子による散乱の程度や、スリットの開口面積を調整することで、減光部の減光の程度を容易に調整できる。これにより、製造時に減光部の減光の程度を設計値に合わせることが容易にできる。

また、例えば、前記制御部は、さらに、所定出力値以上の出力範囲において、前記光源部が出力する前記レーザ光の出力値を、前記画像の輝度に応じて制御してもよい。

これによれば、レーザ光の出力値を安定した輝度が得られる所定出力値以上の出力範囲で調整できるため、色ズレや輝度ムラの発生が軽減された低輝度画像を表示面に表示させることができる。

また、例えば、さらに、前記光源部により出力された前記レーザ光の光量を検出する光量センサを備え、前記制御部は、前記光量センサが検出可能な光量の範囲うちの所定光量の前記レーザ光が前記光源部により出力されているときの前記光源部の出力値に応じて前記所定出力値を決定してもよい。

光源部によるレーザ光の出力特性は、周囲の温度等の環境の変化に依存して変化する。つまり、光量センサが所定光量のレーザ光を検出しているときの光源部の出力値に応じて所定出力値を決定するため、環境が変化しても環境の変化に応じた出力値を所定出力値として決定できる。

また、例えば、前記投影部は、投影して画像を形成するための第１走査角よりも大きい第２走査角で前記レーザ光を走査し、前記制御部は、（ｉ）前記投影部が前記第１走査角を除く前記第２走査角の範囲を走査しているときに、出力値を変化させながら前記レーザ光を前記光源部から出力させることで、前記所定光量の前記レーザ光を前記光源部が出力しているときの前記光源部の出力値を特定し、（ｉｉ）前記特定した出力値に応じて前記所定出力値を決定してもよい。

このため、表示面に画像を表示しているときであっても、動的に所定出力値を決定できる。

また、例えば、さらに、前記光源部の周辺の温度を検出する温度センサを備え、前記制御部は、前記温度センサが検出した前記周辺の温度に応じて前記所定出力値を決定してもよい。

このため、周囲の温度に応じた出力値を所定出力値として決定できる。これにより、所定出力値を、安定した輝度が得られるレーザ光の出力値の範囲に精度よく設定できるため、色ズレや輝度ムラの発生が軽減された低輝度画像を表示面に表示させることができる。

また、例えば、さらに、前記画像が投影される表示面の周辺の照度を検出する照度センサを備え、前記制御部は、前記照度センサが検出した前記周辺の照度が所定照度未満である場合、前記第１の輝度モードにし、前記周辺の照度が前記所定照度以上である場合、前記第２の輝度モードにしてもよい。

これにより、表示面の周辺の照度が所定照度未満であるような暗い環境下の場合には、表示面に表示させる画像の明るさを、暗くなるように調整することができる。また、表示面の周辺の照度が所定照度以上であるような明るい環境下の場合には、表示面に表示させる画像の明るさを明るく成るように調整することができる。このため、表示面の周辺の明るさに応じて、ユーザにとって適切な明るさで表示面に画像を表示させることができる。

なお、本発明は、投影装置に含まれる特徴的な処理部としてコンピュータを機能させるためのプログラム又は投影装置の制御方法に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなプログラムを、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。

本発明によると、所定輝度未満の画像を表示面に表示させたときであっても、色ズレや輝度ムラの発生を低減できる。

本発明の実施の形態１に係るＨＵＤ装置の設置例を示す図である。 フロントガラスを通してユーザが見る風景の一例を示す図である。 ＨＵＤ装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る減光部の構成について説明するための図である。 メインＣＰＵ上でプログラムを実行した際にメインＣＰＵが実行する処理を機能的な構成として示すブロック図である。 投影装置が実行する切り替え処理のフローチャートである。 レーザ光源の入力電流および出力の関係を示すグラフである。 レーザ光源の出力および輝度の関係を示すグラフである。 出力Ｐｒｅｆの更新処理を示すフローチャートである。 出力Ｐｒｅｆを特定する方法を説明するための図である。 実施の形態３に係るＨＵＤ装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態４に係る減光部の構成について説明するための図である。 実施の形態５に係る減光部の構成について説明するための図である。

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、いずれも包括的または具体的な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。また、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、任意の構成要素として説明される。各図は、必ずしも各寸法または各寸法比等を厳密に図示したものではない。

（実施の形態１）
以下、ヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤという）装置を例にとり、本発明の投影装置について説明する。ＨＵＤ装置とは、自動車のフロントガラスに画像を投影することで、フロントガラスの先（車外）に虚像を映し出し、ユーザ（運転者）の視野中に画像を映し出すシステムのことである。本実施の形態では、ＨＵＤ装置の製品寿命を延ばすための処理を中心に説明する。

＜全体構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るＨＵＤ装置の設置例を示す図である。図１に示すように、ＨＵＤ装置１は、投影装置１０と、コンバイナ６０（透明表示板を構成する）とを備える。

投影装置１０は、自動車５０などの輸送用機器に設置され、例えば、自動車５０のダッシュボードの上に設置される。コンバイナ６０は、自動車５０のフロントガラス２０の一部に設置された表示面である。投影装置１０は、コンバイナ６０に光を照射することで、画像をコンバイナ６０に投影する。コンバイナ６０は、偏光素子、波長選択素子、ハーフミラーなどから構成されるため、車外の風景上に、投影装置１０により投影された画像が重ね合わせて表示される。なお、フロントガラス２０自体がコンバイナ６０の機能を兼ね備えている場合もある。

図２は、フロントガラスを通してユーザが見る風景の一例を示す図である。上述の通り、フロントガラス２０上には、コンバイナ６０が設置されている。コンバイナ６０には、投影装置１０から投影された画像が表示される。投影装置１０は、図２に示すように、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）や自動車に関する情報（たとえば、燃費情報）などをコンバイナ６０に表示する機能を有している。例えば、投影装置１０は、目的地までの経路情報６１（「大阪」、「神戸」およびそれぞれに対応する経路を示す「矢印」）や、目的地までの距離情報６２（「１．０ｋｍ」）を示す画像（コンテンツ画像の一例）をコンバイナ６０に表示する。図２に示すように、前方の風景中に投影装置１０から投影された画像が表示されるため、ユーザは自動車５０の運転中に視線をそらすことなく、運転に役立つ情報を獲得することができる。

図３は、実施の形態１に係るＨＵＤ装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

投影装置１０は、メインＣＰＵ１０１と、操作部１０２と、レーザ光源１０３〜１０５（光源部を構成する）と、ビームスプリッタ１０６〜１０８と、フォトダイオード１０９〜１１０と、減光部１１２と、レンズ１１３と、ＭＥＭＳミラー１１４と、投影制御部１１５とを備える。

メインＣＰＵ１０１は、投影装置１０の各部を制御する。例えば、メインＣＰＵ１０１は、投影装置１０の投影モードの切り替え処理を行う。メインＣＰＵ１０１が実行する切り替え処理については、後に詳述する。

操作部１０２は、ＨＵＤ装置１（投影装置１０）の電源を入れる操作、画像の投影角度を変更する操作および画像の色調又は輝度を変更する操作などのユーザによる操作を受け付ける。操作部１０２は、例えば、ハードウェアボタンやソフトウェアボタンにより構成されてもよいし、リモコンとリモコンから送信される電波を受信する受信機とから構成されていてもよい。

レーザ光源１０３〜１０５は、レーザ光を出力する光源部である。具体的には、レーザ光源１０３は、青色のレーザ光をビームスプリッタ１０６およびレンズ１１３を通過させてＭＥＭＳミラー１１４に照射するレーザダイオードである。また、レーザ光源１０４は、緑色のレーザ光をビームスプリッタ１０７およびレンズ１１３を通過させてＭＥＭＳミラー１１４に照射するレーザダイオードである。また、レーザ光源１０５は、赤色のレーザ光をビームスプリッタ１０８およびレンズ１１３を通過させてＭＥＭＳミラー１１４に照射するレーザダイオードである。

フォトダイオード１０９〜１１１は、それぞれ、レーザ光源１０３〜１０５から出力されたレーザ光の光量を検出する光量センサである。

減光部１１２は、通過する光の光量を切り替える。減光部１１２は、複数のレーザ光源１０３〜１０５から出力された複数のレーザ光が、ビームスプリッタ１０６〜１０８で合流された後の位置であって、レンズ１１３よりもレーザ光源１０３〜１０５側の位置に配置される。つまり、減光部１１２は、ビームスプリッタ１０６とレンズ１１３との間に配置される。また、減光部１１２は、レーザ光源１０３〜１０５が出力したレーザ光の光路上に配置される。

また、図４に示すように、減光部１１２は、具体的には、液晶素子１１２ａと、スリット１１２ｂとを有する。図４は、実施の形態１に係る減光部の構成について説明するための図である。

液晶素子１１２ａは、図４の（ｂ）に示すような液晶素子１１２ａを通過する光を散乱する散乱素子として動作する散乱モードと、図４の（ａ）に示すような液晶素子１１２ａを通過する光を散乱しない非散乱モードとの２種類のモードで動作する。つまり、液晶素子１１２ａは、自身を通過する光の散乱の度合いを、第１の度合いと、第１の度合いよりも大きい第２の度合いとの間で切り替える。液晶素子１１２ａは、２種類のモードのいずれかに選択的に切り替えて動作する。

スリット１１２ｂは、液晶素子１１２ａを通過した光の少なくとも一部を通過させる。具体的には、スリット１１２ｂは、液晶素子１１２ａが散乱モードである場合、液晶素子１１２ａにより散乱された光の一部を通過させ、液晶素子１１２ａが非散乱モードである場合、液晶素子１１２ａにより散乱されていない光の少なくとも一部を通過させる。

これらの構成により、減光部１１２は、液晶素子１１２ａを散乱モードで動作させた場合に、レーザ光の光量を減じることができ、液晶素子１１２ａを非散乱モードで動作させた場合に、レーザ光の光量を減じないことができる。

ＭＥＭＳミラー１１４は、図２に示すように、水平方向（Ｘ方向）および垂直方向（Ｙ方向）の２軸に駆動してレーザ光を走査することにより、画像を投影する投影部である。ＭＥＭＳミラー１１４は、コンバイナ６０に向けて画像を投影する。また、ＭＥＭＳミラー１１４は、水平方向を共振駆動により高速走査するとともに、垂直方向を直流駆動により低速走査する。ＭＥＭＳミラー１１４の駆動制御は後述する投影制御部１１５により行われる。

投影制御部１１５は、映像処理部１１６と、光源制御部１１７と、ＬＤ（レーザダイオード）ドライバ１１８と、ミラー制御部１１９と、ミラードライバ１２０とを含む。

映像処理部１１６は、外部から入力される映像信号に基づいて、画像をコンバイナ６０に投影するための制御を行う。具体的には、映像処理部１１６は、当該映像信号に基づいて、ミラー制御部１１９を介して、ＭＥＭＳミラー１１４の駆動を制御するとともに、光源制御部１１７を介して、レーザ光源１０３〜１０５によるレーザ光の照射を制御する。

光源制御部１１７は、映像処理部１１６による制御に基づいて、ＬＤドライバ１１８を制御して、レーザ光源１０３〜１０５によるレーザ光の照射を制御する。具体的には、光源制御部１１７は、ＭＥＭＳミラー１１４による画像の走査タイミングに合せて、画像の各画素に対応する色のレーザ光をレーザ光源１０３〜１０５から照射させるための制御を行う。

ＬＤドライバ１１８は、レーザ光源１０３〜１０５に駆動電流を供給することにより、レーザ光源１０３〜１０５の光量を調整する。

ミラー制御部１１９は、映像処理部１１６による制御に基づいて、ミラードライバ１２０を制御して、ＭＥＭＳミラー１１４の駆動を制御する。つまり、ミラー制御部１１９は、ＭＥＭＳミラー１１４の傾きを制御することにより、レーザ光源１０３〜１０５から照射されたレーザ光をコンバイナ６０上で走査する。これにより、ミラー制御部１１９は、コンバイナ６０に画像を投影する。つまり、コンバイナ６０に投影される経路情報６１および距離情報６２などを示す画像は、画像形成用のレーザ光源１０３〜１０５によって形成されている。

ミラードライバ１２０は、ＭＥＭＳミラー１１４に駆動信号を供給することにより、ＭＥＭＳミラー１１４の傾きを変更する。

＜メインＣＰＵの構成＞
次に、本実施の形態の特徴的な処理であるメインＣＰＵ１０１の処理について説明する。図３に示したように、メインＣＰＵ１０１は、プログラム１０１ａに従い動作する。

図５は、メインＣＰＵ上でプログラムを実行した際にメインＣＰＵが実行する処理を機能的な構成として示すブロック図である。つまり、メインＣＰＵ１０１は、プログラム１０１ａを実行した際に、機能的に実現される処理部として、制御部１２１を含む。

制御部１２１は、高輝度モード（第１の輝度モード）と、低輝度モード（第２の輝度モード）とを切り替えて、外部から入力された映像信号に基づく画像をコンバイナ６０に表示する。ここで、高輝度モードは、所定輝度以上の画像（以下、「高輝度画像」という。）を投影させる投影モードである。低輝度モードは、所定輝度未満の画像（以下、「低輝度画像」という。）を投影させる投影モードである。なお、高輝度画像は、所定輝度以上の輝度範囲の輝度で表現される画像である。つまり、高輝度画像は、当該画像中の最低輝度値が所定輝度以上の画像である。低輝度画像は、所定輝度未満の輝度範囲の輝度で表現される画像である。つまり、低輝度画像は、当該画像中の最高輝度値が所定輝度未満の画像である。

また、制御部１２１は、低輝度モードの場合、減光部１１２を制御することにより、レーザ光の光量の減少率を高輝度モードの場合よりも大きくする。ここで、減少率とは、減光部１１２に入力されたレーザ光の光量に対する減光部１１２から出力されたレーザ光の光量が減少した割合である。

制御部１２１は、レーザ光源１０３〜１０５のそれぞれが出力するレーザ光の出力値を、所定出力値以上の出力範囲において、画像の輝度に応じて制御する。なお、所定出力値とは、安定した輝度のレーザ光をレーザ光源１０３〜１０５のそれぞれが出力できる下限値として予め定められた出力値である。所定輝度は、例えば、所定出力値でレーザ光源１０３〜１０５のそれぞれにレーザ光を出力させたときにコンバイナ６０に表示させる画像の輝度である。

制御部１２１は、フォトダイオード１０９〜１１１のそれぞれが検出可能な光量の範囲の内の所定光量のレーザ光をレーザ光源１０３〜１０５のそれぞれが出力しているときのレーザ光源１０３〜１０５のそれぞれの出力値に応じて、レーザ光源１０３〜１０５のそれぞれに対応する所定出力値を決定する。

＜投影装置の処理説明＞
以下、投影装置１０が実行する切り替え処理について詳細に説明する。

図６は、投影装置が実行する切り替え処理のフローチャートである。

制御部１２１は、投影制御部１１５を制御することにより、レーザ光源１０３〜１０５にレーザ光を出力させる（Ｓ１０１）。

制御部１２１は、投影制御部１１５を制御することにより、ステップＳ１０１において出力されたレーザ光を走査させ、コンバイナ６０に画像を投影させる（Ｓ１０２）。

制御部１２１は、コンバイナ６０に投影する画像が低輝度画像であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。つまり、制御部１２１は、外部から入力される映像信号に基づいて、投影する画像を高輝度モードで表示させるか、低輝度モードで表示させるかを判定する。

制御部１２１は、コンバイナ６０に投影する画像が低輝度画像であると判定した場合（低輝度モードであると判定した場合：Ｓ１０３でＹｅｓ）、減光部１１２を用いることで、レーザ光源１０３〜１０５のそれぞれにより出力されたレーザ光の光量を減ずる（Ｓ１０４）。そして、制御部１２１は、減光部１１２を用いた状態（低輝度モード）で、外部から入力された映像信号が示す画像の輝度に応じて、レーザ光源１０３〜１０５のそれぞれが出力するレーザ光の出力値を、安定した輝度のレーザ光をレーザ光源１０３〜１０５のそれぞれが出力できる下限値である所定出力値以上の出力範囲において制御する（Ｓ１０５）。

一方で制御部１２１は、コンバイナ６０に投影する画像が高輝度画像であると判定した場合（高輝度モードであると判定した場合：Ｓ１０３でＮｏ）、減光部１１２を用いない状態（高輝度モード）で、外部から入力された映像信号が示す画像の輝度に応じて、レーザ光源１０３〜１０５のそれぞれが出力するレーザ光の出力値を、安定した輝度のレーザ光をレーザ光源１０３〜１０５のそれぞれが出力できる下限値である所定出力値以上の出力範囲において制御する（Ｓ１０５）。

ステップＳ１０３の判定は、投影する画像のフレーム単位で行われてもよいし、複数のフレーム単位（シーン単位）で行われてもよい。つまり、投影モードの切り替えは、投影する画像のフレーム単位で行われてもよいし、複数のフレーム単位（シーン単位）で行われてもよい。

＜レーザ光源の特性＞
次に、レーザ光源１０３の特性について説明する。

図７は、レーザ光源の入力電流および出力の関係を示すグラフである。図８は、レーザ光源の出力および輝度の関係を示すグラフである。

図７における出力Ｐｒｅｆは、フォトダイオード１０９が検出可能な光量の範囲のうちの所定光量のレーザ光がレーザ光源１０３により出力されているときのレーザ光源１０３の出力値を示している。ここで、所定光量とは、例えば、フォトダイオード１０９が検出可能な光量の範囲のうちの下限値の光量である。

このとき、レーザ光源１０３は、出力Ｐｒｅｆよりも低い出力範囲では、輝度が不安定になることが多い。言い換えれば、レーザ光源１０３は、フォトダイオード１０９が検出可能な光量の範囲のうちの下限値未満の光量のレーザ光を出力しようとすれば、一定の光量で維持されずに、光量が所定の幅で増減する。

反対に、レーザ光源１０３は、出力Ｐｒｅｆよりも大きい出力範囲では、輝度が安定する。言い換えれば、レーザ光源１０３は、フォトダイオード１０９が検出可能な光量の範囲の内の下限値以上の光量のレーザ光を出力しようとすれば、出力値に応じた一定の光量で維持される。このため、レーザ光源１０３に出力Ｐｒｅｆ以上の出力値でレーザ光を出力させることにより、レーザ光源１０３は、安定した輝度のレーザ光を出力できる。

本実施の形態の投影装置１０では、レーザ光源１０３から出力されるレーザ光の輝度がより安定するように、余裕を見て出力ＰｒｅｆよりもΔＰだけ出力値が大きい出力値Ｐ１以上の出力値Ｐ２以下の出力範囲でレーザ光源１０３の出力を調整する。つまり、制御部１２１は、レーザ光源１０３が出力値Ｐ１のレーザ光を出力するときの入力電流Ｉ１以上、かつ、レーザ光源１０３が出力値Ｐ２のレーザ光を出力するときの入力電流Ｉ２以下の入力電流の範囲で入力電流を調整する。よって、制御部１２１は、レーザ光源１０３を、出力がＰ１未満の低パワー領域で出力させずに、出力がＰ１以上の高パワー領域で出力させることになる。これにより、レーザ光源１０３から出力されるレーザ光の光量を、出力値に応じた一定の光量とすることが容易にできる。

このように、制御部１２１は、レーザ光源１０３の出力範囲を高パワー領域に対応した入力電流の範囲で入力電流を調整する。このため、図８の実線で示すグラフのように、何もしなければコンバイナ６０に表示される画像は、輝度Ｌ１以上、かつ、輝度Ｌ２以下の輝度範囲の高輝度領域でしか表現できなくなる。

そこで、図８の高輝度領域の下限の輝度Ｌ１（つまり所定輝度）よりも低い低輝度領域で画像を表現するために、所定輝度未満の低輝度画像をコンバイナ６０に表示させる場合には、低輝度モードにする。つまり、減光部１１２を用いて、レーザ光源１０３により出力されたレーザ光の光量を減じる。

これにより、図８の破線で示すグラフのように、制御部１２１は、レーザ光源１０３の出力値を出力範囲内となるように入力電流を調整しても、低輝度領域の画像を表現できる。このように、輝度が安定する出力範囲でレーザ光源１０３の出力を調整しても低輝度領域の画像を表現できるため、低輝度画像領域の画像をコンバイナ６０に表示させたときであっても、色ズレや輝度ムラの発生を低減できる。

レーザ光源１０４、１０５の特性については、出力Ｐｒｅｆ、入力電流Ｐｒｅｆ、出力Ｐ１、Ｐ２、入力電流Ｉ１、Ｉ２、および輝度Ｌ１、Ｌ２の値は異なるが、レーザ光源１０３の特性の傾向と同じであり同様に説明可能であるため、説明を省略する。

なお、図８では、出力範囲で出力を増減させたときにおける、実線で示される輝度の範囲と、破線で示される輝度の範囲とが若干重複する範囲となっているが、これに限らずに、それぞれの輝度の範囲が重複しなくてもよいし、図８の例よりも重複する範囲が大きくてもよい。

＜効果＞
以上説明したように、本発明の実施の形態の投影装置１０によると、制御部１２１は、所定輝度以上の高輝度画像をコンバイナ６０に表示させる高輝度モードと、所定輝度未満の低輝度画像をコンバイナ６０に表示させる低輝度モードであって、減光部１１２を用いることで、レーザ光源１０３〜１０５からコンバイナ６０までの間におけるレーザ光の光量の減少率を高輝度モードの場合よりも大きくする低輝度モードとを切り替える。つまり、低輝度画像をコンバイナ６０に表示させる場合において、レーザ光の光量を減光部１１２に減じさせる。このため、例えば安定した輝度が得られる所定出力値以上でレーザ光を出力しても、低輝度画像をコンバイナ６０に表示させることができる。このように、低輝度画像をコンバイナ６０に表示させる場合であっても、レーザ光の出力値を輝度が不安定になる所定出力値未満の出力値でレーザ光を出力しなくてもよいため、色ズレや輝度ムラの発生が軽減された低輝度画像をコンバイナ６０に表示させることができる。

また、減光部１１２は、光を散乱する液晶素子１１２ａと、液晶素子１１２ａにより散乱された光の一部を通過させるスリット１１２ｂとを有する。このため、液晶素子１１２ａによる散乱の程度や、スリット１１２ｂの開口面積を調整することで、減光部１１２の減光の程度を容易に調整できる。これにより、製造時に減光部１１２の減光の程度を設計値に合わせることが容易にできる。

また、制御部１２１は、さらに、安定した輝度のレーザ光をレーザ光源１０３〜１０５が出力できる下限値である所定出力値以上の出力範囲において、レーザ光源１０３〜１０５が出力するレーザ光の出力値を、画像の輝度に応じて制御する。そして、この場合、所定輝度は、所定出力値でレーザ光源１０３〜１０５にレーザ光を出力させたときにコンバイナ６０に表示される画像の輝度以下である。つまり、レーザ光の出力値を安定した輝度が得られる所定出力値以上の出力範囲で調整できるため、色ズレや輝度ムラの発生が軽減された低輝度画像をコンバイナ６０に表示させることができる。

また、本発明の実施の形態の投影装置１０によると、さらに、レーザ光源１０３〜１０５のそれぞれにより出力されたレーザ光の光量を検出するフォトダイオード１０９〜１１１を備える。そして、制御部１２１は、レーザ光源１０３〜１０５のそれぞれについて、当該レーザ光源に対応するフォトダイオードが検出可能な光量の範囲うちの所定光量（下限値）のレーザ光が、当該レーザ光源により出力されているときの出力値に応じて所定出力値を決定する。レーザ光の出力特性は、周囲の温度等の環境の変化に依存して変化する。つまり、フォトダイオードが所定光量のレーザ光を検出しているときのレーザ光源の出力値に応じて所定出力値を決定するため、環境が変化しても環境の変化に応じた出力値を所定出力値として決定できる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、フォトダイオードが検出可能な光量の範囲のうちの下限の光量のレーザ光がレーザ光源により出力されているときのレーザ光源の出力値である出力Ｐｒｅｆを基準とした出力範囲でレーザ光源の出力を調整している。レーザ光の出力特性は、周囲の温度等の環境の変化に依存して変化する。このため、出力Ｐｒｅｆは、所定のタイミングで更新されることが好ましい。実施の形態２では、出力Ｐｒｅｆを更新する処理（以下、「更新処理」という。）について説明する。

図９は、出力Ｐｒｅｆの更新処理を示すフローチャートである。図１０は、出力Ｐｒｅｆを特定する方法を説明するための図である。

更新処理では、図１０に示すように、ＭＥＭＳミラー１１４がレーザ光源１０３〜１０５から出力されたレーザ光をコンバイナ６０に対して走査するときに、コンバイナ６０の表示領域から外れた非表示領域の角度にまで走査する。つまり、ＭＥＭＳミラー１１４は、投影して画像を形成するための第１走査角よりも大きい第２走査角でレーザ光を走査する。

なお、本実施の形態では、非表示領域の角度にＭＥＭＳミラー１１４により反射されたレーザ光が向いているときには、当該レーザ光は、コンバイナ６０が構成されているフロントガラス２０に届かないように図示しない遮蔽物により遮蔽されている。なお、非表示領域の角度にＭＥＭＳミラー１１４により反射されたレーザ光が向いているときには、当該レーザ光は、遮蔽物に遮蔽されていなくてもよい。

図１０に示すように、ＭＥＭＳミラー１１４は、表示領域の左下からレーザ光を走査するとすれば、水平方向にレーザ光を走査したことにより、最初に非表示領域の角度にＭＥＭＳミラー１１４により反射されたレーザ光が向いているときには、非表示領域における経路Ａ０１を走査することになる。以下、順に、表示領域から非表示領域の角度にＭＥＭＳミラー１１４により反射されたレーザ光が向いているときには、経路Ａ０２、経路Ａ０３、・・・、経路Ａ１０を走査することになる。

このような前提において、更新処理では、まず、制御部１２１は、ｉ＝１とする（Ｓ２０１）。なお、ｉ＝１の場合には、ＭＥＭＳミラー１１４は、例えば、図１０で示す下から１段目を左側から右側へ走査し、経路Ａ１を通り、１段上がって２段目を右側から左側に走査する。つまり、ｉ＝ｊの場合には、ＭＥＭＳミラー１１４は、例えば、図１０で示す下から（２ｊ−１）段目を左側から右側へ走査し、経路Ａｊを通り、１段上がって（２ｊ）段目を右側から左側に走査する。

次に、制御部１２１は、最大の出力値に対してＸｉ〔％〕の出力のレーザ光をレーザ光源から出力させる（Ｓ２０２）。出力Ｐｒｅｆが開始された直後では、ｉ＝１であるため、Ｘ１〔％〕の出力のレーザ光をレーザ光源から出力させる。なお、本実施の形態では、Ｘｉは、Ｘ１＝５％、Ｘ２＝６％、Ｘ３＝７％、Ｘ４＝８％、・・・・、Ｘ１０＝１４％であり、ｉが１増えるごとに、１％増加する。つまり、経路Ａ０１では、レーザ光源から出力されるレーザ光の出力は、Ｘ１であるため、５％の出力となる。なお、本実施の形態では、出力を１％刻みで変化させているが、これに限らずに、０．５％刻み、２％刻み、３％刻みなどで行ってもよい。また、出力を５〜１４％の範囲で変化させているが、これに限らずに、レーザ光源の出力特性に応じて、環境変化に応じて変動する所定出力値が全て含まれる範囲で変化させていればよい。

そして、制御部１２１は、ステップＳ２０２で設定した出力Ｘｉ〔％〕のレーザ光をレーザ光源が出力しているとき、当該レーザ光源に対応するフォトダイオードにより検出された光量が所定光量よりも大きいか否かを判定する（Ｓ２０３）。

制御部１２１は、ステップＳ２０２で設定した出力Ｘｉ〔％〕のレーザ光をレーザ光源が出力しているとき、当該レーザ光源に対応するフォトダイオードにより検出された光量が所定光量よりも大きいと判定した場合（Ｓ２０３でＹｅｓ）、ステップＳ２０２で設定したＸｉ〔％〕を所定出力値である出力Ｐｒｅｆとして決定する。

一方で、制御部１２１は、ステップＳ２０２で設定した出力Ｘｉ〔％〕のレーザ光をレーザ光源が出力しているとき、当該レーザ光源に対応するフォトダイオードにより検出された光量が所定光量以下であると判定した場合（Ｓ２０３でＮｏ）、現在設定されているｉの値に１を加え（Ｓ２０５）、ステップＳ２０２に戻る。

更新処理では、このようにして、非表示領域の角度をＭＥＭＳミラー１１４により反射されたレーザ光が向いているときのレーザ光源からの出力を段階的に変化させたときに、フォトダイオードが検出できた光量のレーザ光を出力した出力Ｘｉ〔％〕を所定出力値として決定できる。つまり、制御部１２１は、ＭＥＭＳミラー１１４が第１走査角を除く第２走査角の範囲（つまり、非表示領域）を走査しているときに、出力値を変化させながらレーザ光をレーザ光源から出力させることで、所定光量のレーザ光をレーザ光源が出力しているときのレーザ光源の出力値を特定し、特定した出力値に応じて所定出力値を決定する。

なお、更新処理は、複数のレーザ光源１０３〜１０５のそれぞれについて行われる。つまり、更新処理では、レーザ光源１０３の所定出力値として、レーザ光源１０３の出力を変更させながらフォトダイオード１０９で検出できた光量の下限値が設定され、レーザ光源１０４の所定出力値として、レーザ光源１０４の出力を変更させながらフォトダイオード１１０で検出できた光量の下限値が設定され、レーザ光源１０５の所定出力値として、レーザ光源１０５の出力を変更させながらフォトダイオード１１１で検出できた光量の下限値が設定される。

＜効果＞
本実施の形態に係る投影装置１０によれば、コンバイナ６０に画像を表示しているときであっても、動的に所定出力値を決定できる。

＜変形例＞
上述の実施の形態２では、複数のフォトダイオード１０９〜１１１が複数のレーザ光源１０３〜１０５のそれぞれに対応して設けられているが、これに限らずに、ビームスプリッタ１０６とレンズ１１３との間に１つのフォトダイオードを設けた構成としてもよい。この場合の更新処理では、各レーザ光源１０３〜１０５のうちの１つを選択的に切り替えて、レーザ光を出力させることで、各レーザ光源１０３〜１０５の光量を検出する。

（実施の形態３）
実施の形態１および２では、１つの減光部１１２が、複数のレーザ光源１０３〜１０５から出力された複数のレーザ光が、ビームスプリッタ１０６〜１０８で合流された後の位置であって、レンズ１１３よりもレーザ光源１０３〜１０５側の位置に配置されている。本実施の形態では、複数のレーザ光源１０３〜１０５から出力される複数のレーザ光のそれぞれの光量を減じるために、複数のレーザ光源１０３〜１０５に対応する複数の減光部１１２Ａ〜１１２Ｃを配置する点が実施の形態と異なる。なお、複数の減光部１１２Ａ〜１１２Ｃのそれぞれは、実施の形態１の減光部１１２と同じ構成であるため説明を省略する。

図１１は、実施の形態３に係るＨＵＤ装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

図１１に示すように、実施の形態３に係るＨＵＤ装置１ａの投影装置１０ａでは、レーザ光源１０３とビームスプリッタ１０６との間にレーザ光源１０３から出力されるレーザ光の光量を減じる減光部１１２Ａが配置される。また、レーザ光源１０４とビームスプリッタ１０７との間にレーザ光源１０４から出力されるレーザ光の光量を減じる減光部１１２Ｂが配置される。また、レーザ光源１０５とビームスプリッタ１０８との間にレーザ光源１０５から出力されるレーザ光の光量を減じる減光部１１２Ｃが配置される。

このように、各レーザ光源１０３〜１０５に対応して複数の減光部１１２Ａ〜１１２Ｃを配置することで、他のレーザ光源が高輝度領域を表現しているときに、低輝度領域を表現できるため、表現できる画像の色域を拡大することができる。

（実施の形態４）
実施の形態１〜３では、減光部１１２、１１２Ａ〜１１２Ｃは、散乱素子として液晶素子１１２ａを利用している。本実施の形態では、減光部２１２は、散乱素子として例えば磨りガラス１１２ｄを利用しており、磨りガラス１１２ｄを非散乱時と散乱時とでレーザ光の光路に挿入させたり退出させたりする点が実施の形態１〜３と異なる。

図１２は、実施の形態４に係る減光部の構成について説明するための図である。

図１２の（ａ）に示すように、非散乱時においては、磨りガラス１１２ｄがレーザ光の光路から外れた位置に図示しないアクチュエータにより移動される。また、図１２の（ｂ）に示すように、散乱時においては、磨りガラス１１２ｄがレーザ光の光路上の位置に図示しないアクチュエータにより移動される。このようにして物理的な磨りガラス１１２ｄをレーザ光の光路に挿入したり退出させたりすることで散乱および非散乱を切り替えてもよい。例えば、２つの開口を有し、２つの開口の間を軸にして回転することにより、レーザ光の光路を２つの開口の１つを選択的に配置することが可能なリボルバー式のアクチュエータとしてもよい。この場合、２つの開口のうちの一方の開口に磨りガラス１１２ｄを配置し、他方の開口には何も配置しない構成となる。

（実施の形態５）
実施の形態１〜３では、減光部１１２、１１２Ａ〜１１２Ｃは、散乱素子としての液晶素子１１２ａと、スリット１１２ｂとを備える構成である。本実施の形態では、減光部３１２は、散乱素子としての液晶素子１１２ａと、スリット１１２ｂとに加え、さらに、スリット１１２ｂよりもレーザ光源から離れた側にＳ偏光素子１１２ｃを有する点が実施の形態１〜３と異なる。

図１３は、実施の形態５に係る減光部の構成について説明するための図である。

図１３の（ａ）および（ｂ）に示すように、非散乱時であっても、散乱時であっても、スリット１１２ｂを通過したレーザ光は、さらにＳ偏光素子１１２ｃを通過するため、迷光を抑制することができる。

（他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態に係るＨＵＤ装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上述の各実施の形態では、投影モードを切り替えるための所定輝度は、フォトダイオード１０９〜１１１が検出可能な光量の範囲のうちの下限値の光量のレーザ光がレーザ光源１０３〜１０５により出力されているときのレーザ光源１０３〜１０５の出力値に応じて決定されるがこれに限らない。例えば、所定輝度は、製造工程において、各レーザ光源１０３〜１０５の出力特性を計測しておくことで予め決定した値としてもよい。この場合には、フォトダイオード１０９〜１１１が設けられていなくてもよい。

また、上述の各実施の形態では、レーザ光源１０３〜１０５の出力特性は、周囲の温度の変化に依存して変化する。このため、例えば、表示装置にさらに、レーザ光源１０３〜１０５の周辺の温度を検出する温度センサ（図示せず）を設けてもよい。そして、制御部１２１に、温度センサが検出した周辺の温度に応じて所定出力値を決定してもよい。具体的には、制御部１２１は、温度変化に応じたレーザ光源１０３〜１０５の出力特性を示す特性データを保持している。特性データは、レーザ光源１０３〜１０５ごとの出力特性を示しており、予め計測されたデータである。そして、制御部１２１は、当該特性データを参照することで、温度センサが検出した周辺の温度に対応させて所定出力値を決定する。

また、上述の各実施の形態では、低輝度画像は、所定輝度未満の輝度範囲の画像であるとしたが、入力された映像信号が示す画像の輝度値が所定輝度未満である画像に限らずに、コンバイナ６０に表示させる明るさの設定が暗く調整されることでコンバイナ６０に表示させる画像の輝度値が所定輝度未満となる画像を低輝度画像としてもよい。つまり、この場合の低輝度画像とは、入力された映像信号が示す画像の輝度値から、明るさの設定が暗く調整された分だけ減算された輝度値が所定輝度未満の輝度範囲となった画像である。

このような場合において、明るさの設定が調整される場合の一例としては、投影装置が、コンバイナ６０の周辺の照度に応じてコンバイナ６０に表示させる画像の明るさの設定が調整される機能を有する場合が考えられる。具体的には、投影装置は、さらにコンバイナ６０の周辺の照度を検出する照度センサ（図示せず）を備える。そして、制御部１２１は、照度センサが検出した周辺の照度が所定照度未満である場合、低輝度モードにし、周辺の照度が所定照度以上である場合、高輝度モードにする。

これにより、コンバイナ６０の周辺の照度が所定照度未満であるような暗い環境下の場合には、コンバイナ６０に表示させる画像の明るさを暗く調整することができる。また、コンバイナ６０の周辺の照度が所定照度以上であるような明るい環境下の場合には、コンバイナ６０に表示させる画像の明るさを明るく調整することができる。このため、コンバイナ６０の周辺の明るさに応じて、ユーザにとって適切な明るさでコンバイナ６０に画像を表示させることができる。

また、上述の実施の形態１では、投影モードの切り替えを画像のフレーム単位または複数のフレーム単位で行っているが、これに限らずに、液晶素子１１２ａの散乱／非散乱の切り替えを高速に行うことができるのであれば、画素単位で行ってもよい。

また、上述の各実施の形態では、複数のレーザ光源１０３〜１０５と、これらのレーザ光源１０３〜１０５に対応した、複数のビームスプリッタ１０６〜１０８および複数のフォトダイオード１０９〜１１１が設けられているが、これに限らずに、１つのレーザ光源と、当該レーザ光源に対応した１つのビームスプリッタおよびフォトダイオードが設けられル構成であってもよい。また、この場合必ずしもビームスプリッタは必要ない。

また、上述の各実施の形態では、減光部１１２、２１２、３１２は、散乱素子を含む構成であるが、散乱することで減光する構成の減光部に限らずに、光を吸収することで、減光するＮＤフィルタを用いてもよい。このため、減光部を簡単な構成とすることができる。

また、上記の投影装置１０のうち、メインＣＰＵ１０１、映像処理部１１６、光源制御部１１７およびミラー制御部１１９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よい。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。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、これらの処理部は、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、これらの処理部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よい。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、これらの処理部の一部または全部は、投影装置１０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よい。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を含むとしてもよい。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よい。

また、本発明は、上記に示す方法であるとしてもよい。また、本発明は、これらの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よいし、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よい。

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よい。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よい。

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よい。

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よい。

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よい。

さらに、上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。

本発明は投影装置として、例えば、自動車に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置等に適用できる。

１、１ａ ＨＵＤ装置
１０ 投影装置
２０ フロントガラス
５０ 自動車
６０ コンバイナ
６１ 経路情報
６２ 距離情報
１０１ メインＣＰＵ
１０１ａ プログラム
１０２ 操作部
１０３〜１０５ レーザ光源
１０６〜１０８ ビームスプリッタ
１０９〜１１１ フォトダイオード
１１２、１１２Ａ〜１１２Ｃ、２１２、３１２ 減光部
１１２ａ 液晶素子
１１２ｂ スリット
１１２ｃ Ｓ偏光素子
１１２ｄ 磨りガラス
１１３ レンズ
１１４ ミラー
１１５ 投影制御部
１１６ 映像処理部
１１７ 光源制御部
１１８ ＬＤドライバ
１１９ ミラー制御部
１２０ ミラードライバ
１２１ 制御部

Claims (8)

1. レーザ光を照射することにより、画像を投影させる投影装置であって、
   レーザ光を出力する光源部と、
   前記光源部が出力する前記レーザ光を走査することにより、前記画像を投影する投影部と、
   通過する光の光量を切り替える減光部と、
   前記減光部を制御することにより、所定輝度以上の画像を投影させる第１の輝度モードと、前記レーザ光の光量の減少率を前記第１の輝度モードの場合よりも大きくして、前記所定輝度未満の画像を投影させる第２の輝度モードとを切り替える制御部と、を備える
   投影装置。
2. 前記減少率は、前記減光部に入力されたレーザ光の光量に対する前記減光部から出力されたレーザ光の光量の減少率である
   請求項１に記載の投影装置。
3. 前記減光部は、
   光を散乱する散乱素子と、
   前記散乱素子により散乱された光の一部を通過させるスリットと、を有し、
   前記散乱素子により光の散乱の度合いを、第１の度合いと前記第１の度合いよりも大きい第２の度合いとの間で切り替える
   請求項１または２に記載の投影装置。
4. 前記制御部は、
   さらに、所定出力値以上の出力範囲において、前記光源部が出力する前記レーザ光の出力値を、前記画像の輝度に応じて制御する
   請求項１から３のいずれか１項に記載の投影装置。
5. さらに、
   前記光源部により出力された前記レーザ光の光量を検出する光量センサを備え、
   前記制御部は、前記光量センサが検出可能な光量の範囲うちの所定光量の前記レーザ光が前記光源部により出力されているときの前記光源部の出力値に応じて前記所定出力値を決定する
   請求項４に記載の投影装置。
6. 前記投影部は、投影して画像を形成するための第１走査角よりも大きい第２走査角で前記レーザ光を走査し、
   前記制御部は、
   （ｉ）前記投影部が前記第１走査角を除く前記第２走査角の範囲を走査しているときに、出力値を変化させながら前記レーザ光を前記光源部から出力させることで、前記所定光量の前記レーザ光を前記光源部が出力しているときの前記光源部の出力値を特定し、
   （ｉｉ）前記特定した出力値に応じて前記所定出力値を決定する
   請求項５に記載の投影装置。
7. さらに、
   前記光源部の周辺の温度を検出する温度センサを備え、
   前記制御部は、前記温度センサが検出した前記周辺の温度に応じて前記所定出力値を決定する
   請求項４に記載の投影装置。
8. さらに、
   前記画像が投影される表示面の周辺の照度を検出する照度センサを備え、
   前記制御部は、前記照度センサが検出した前記周辺の照度が所定照度未満である場合、前記第１の輝度モードにし、前記周辺の照度が前記所定照度以上である場合、前記第２の輝度モードにする
   請求項１から７のいずれか１項に記載の投影装置。

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